초록 ▼

강유전체는 높은 잔류 분극과 높은 유전률 같은 여러 고유한 특성으로 인해 비휘발성 기억소자나 DRAM과 같은 기억소자로의 응용에 큰 주목을 끌고 있다. 이러한 비휘발성 기억소자는 기존의 캐패시터 물질을 높은 잔류 분극과 bistable 상태를 갖는 (즉 비휘발성을 갖는) 강유전체로 대체하여 가능하게 되었다. 비휘발성 기억소자로의 응용을 위해 강유전체 박막을 사용할 경우 극복되어야 할 강유전체의 신뢰성으로fatigue, retention, aging, imprint등이 있다. 그 중 Imprint 현상은 다른

강유전체는 높은 잔류 분극과 높은 유전률 같은 여러 고유한 특성으로 인해 비휘발성 기억소자나 DRAM과 같은 기억소자로의 응용에 큰 주목을 끌고 있다. 이러한 비휘발성 기억소자는 기존의 캐패시터 물질을 높은 잔류 분극과 bistable 상태를 갖는 (즉 비휘발성을 갖는) 강유전체로 대체하여 가능하게 되었다. 비휘발성 기억소자로의 응용을 위해 강유전체 박막을 사용할 경우 극복되어야 할 강유전체의 신뢰성으로fatigue, retention, aging, imprint등이 있다. 그 중 Imprint 현상은 다른 신뢰성에 비해 아직까지 크게 연구되어 있지 않다. Imprint란 기억소자가 다양한 작동 환경에서 특정한logic state로 존재하려는 경향이 강해져 결국은 정보의 입력 (write pulse) 후 입력 상태 즉"0" 혹은 "1" 에 관계없이 항상 특정한 logic state로 존재하게 되어 발생되는 입출력의 오동작을 말한다.본 연구에서는 다른 전극 구조에서의 imprint 특성을 체계적으로 연구하였다. 대칭적인 전극 구조를 갖는 LSCO/PZT/LSCO 캐패시터는 대칭적인 분극 스위칭 거동을 나타낸다.그러나 LaCoO3와 (La,Sr)CoO3 전극을 가지는 PZT 박막 캐패시터는 비대칭적인 스위칭특성을 나타내고 이러한 비대칭성으로 인해 imprint failure에 접근함이 관측되었다. 이러한 비대칭의 원인을 규명하기 위해 capacitance-voltage (C-V) 측정을 행하여 LCO/PZT와LSCO/PZT의 계면 상태를 분석하고자 하였다.비대칭적인 전극 구조를 가지는 Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) 박막의 비대칭적인 스위칭 특성을연구하기 위해 Pulsed Laser Deposition (PLD) 방법으로 LaAlO3 기판 위에(La,Sr)CoO3/Pb(Zr,Ti)O3/(La,Sr)CoO3 (LSCO) 다층구조를 성장시켰다. PZT 박막 캐패시터의 전극이 모두 같은 조성일 때, 즉 (La0.5Sr0.5)CoO3 (LSCO) 일 때 PZT 박막의 이력곡선은 대칭성을 보여주고 있다. 그러나 산화물 전극의 조성이 변할 때 PZT 박막 캐패시터는 비대칭성을 보여주고 있다. (La)CoO3 (LCO)를 상층 전극, (La0.5,Sr0.5)CoO3(LSCO)를 하층 전극으로 사용하였을 때 이력 곡선은 음의 방향으로 분극된 상태가 불안정하여 음의 잔류 분극의 완화 현상을 보여준다. 반면 상층 전극이 LSCO, 하층 전극이LCO인 PZT 박막 캐패시터는 양의 방향의 분극 상태가 불안정하여 양의 잔류 분극이 완화현상을 보여준다. 이러한 이력 곡선의 완화 현상은 LCO/PZT와 LSCO/PZT 계면에서의일함수 차이와 각 계면에서의 전자의 포획에 의한 영향이 포함된 전자 밴드 구조의 변형으로 발생된 내부 전계의 형성 때문이라 생각할 수 있다. 내부 전계는 LCO/PZT와LSCO/PZT 계면에서의 인가된 전압 강하 차이에 의해 발생되며 전압 강하는 각각의 계면에서 0.6V와 -0.12V의 크기를 갖는다.

Abstract ▼

Ferroelectric thin films have attracted great attention becauseof their potential applications in memory devices due to their unique properties.Among the memory devices, nonvolatile ferroelectric memories with a destructivereadout mode utilize the bistable polarization of ferroelec

Ferroelectric thin films have attracted great attention becauseof their potential applications in memory devices due to their unique properties.Among the memory devices, nonvolatile ferroelectric memories with a destructivereadout mode utilize the bistable polarization of ferroelectric materials. To realize thesedevices, it is required to overcome the reliability problems such as fatigue, retention andimprint. The imprint is significantly less understood than the other reliabilities. Theimprint is described simply as the preference of a certain polarization state over theother in ferroelectric bistable states, and eventually leads to a failure when retrievingthe data stored.In this paper, we describe the systematic investigation of imprint characteristicswith different electrode configurations. A symmetric LSCO/PZT/LSCO capacitorexhibited a symmetric polarization switching behavior. However, the asymmetricbehavior of polarization switching and further the imprint failure were observed in PZTcapacitors with LaCoO3 and (La,Sr)CoO3 electrodes. Capacitance-voltage (C-V)measurement was performed to compare the LCO/PZT and the LSCO/PZT interfacialstates. This paper reports the asymmetric behavior of PZT thin films with asymmetricelectrode configuration and the analysis of the interfacial states.(La,Sr)CoO3/Pb(Zr,Ti)O3/(La,Sr)CoO3 (LSCO) heterostructures have been grown onLaAlO3 substrates by pulsed laser deposition (PLD) to investigate asymmetricpolarization switching of Pb(Zr,Ti)O3 (PZT) thin films with different electrodeconfiguration. P-V hysteresis loop of LSCO/PZT/LSCO was symmetric. However,LaCoO3 (LCO)/PZT/LSCO showed a largely asymmetric P-V hysteresis loop and largerelaxation of the remanent polarization at the negatively poled state, which means thatthe negatively poled state was unstable. On the other hand, LSCO/PZT/LCO exhibitedlarge relaxation of the positively poled state. The asymmetric behavior of the polarizedstates implies the presence of an internal electric field inside the PZT layer. It issuggested that the internal electric field caused by built-in voltages at LCO/PZT andLSCO/PZT interfaces. The built-in voltages at LCO/PZT and LSCO/PZT interfaceswere 0.60 V and -0.12 V, respectively.

목차 Contents

• 1) 서론...7
• 1.1) 연구 배경...7
• 1.2) 연구 목적...8
• 2) 실험방법...10
• 2.1) PLD에 의한 박막의 제조와 분석...10
• 2.2) PZT 캐패시터의 특성 분석...11
• 2.2.1) fatigue 및 retension 특성...11
• 2.2.2) imprint 특성...11
• 2.2.3) 유전특성 및 전류 전압 특성...12
• 2.2.4) Capacitance-voltage 특성을 통한 계면 상태의 분석...12
• 3) 연구결과 및 고찰...13
• 3.1) L(S)CO/PZT/L(S)CO 다층구조성장 및 박막의 분석...13
• 3.2) 전극 구조에 따른 비대칭성...13
• 3.3) imprint stress 하에서의 비대칭성의 변화...20
• 3.4) P-V 이력 곡선의 완화 현상의 원인 분석...34
• 3.5) L(S)CO/PZT/L(S)CO 의 전자밴드구조...41
• 4) 결론...44
• 5) 인용문헌...45
• 6) 연구수행관련 논문발표 목록서...47
• 7) 자체평가서...48