초록 ▼

상온에서 증착한 매우 얇은 PZT층 위에 in-situ 방법으로 스퍼터링하여, 강유전 PZT 박막의 누설전류 특성을 증진시키고, 각 조건에서 제조한 박막의 전도 기구를 각각 이해하여 불순물 도핑을 행하여 누설전류를 더욱 감소시킨다.
우선, 기본적 공정 조건을 결정하기위하여, in-situ 공정으로 강유전 PZT 박막을 형성시킬수있는 최저온도를 조사하여 고정시켰다. 또한 그 온도에서 총두께를 감소시키며 유전 특성을 조사하여 특성열화가 크지않은 박막의 두께를 알아보았다.
PZT 박막 및 전극의 증착에는 rf magnetron

상온에서 증착한 매우 얇은 PZT층 위에 in-situ 방법으로 스퍼터링하여, 강유전 PZT 박막의 누설전류 특성을 증진시키고, 각 조건에서 제조한 박막의 전도 기구를 각각 이해하여 불순물 도핑을 행하여 누설전류를 더욱 감소시킨다.
우선, 기본적 공정 조건을 결정하기위하여, in-situ 공정으로 강유전 PZT 박막을 형성시킬수있는 최저온도를 조사하여 고정시켰다. 또한 그 온도에서 총두께를 감소시키며 유전 특성을 조사하여 특성열화가 크지않은 박막의 두께를 알아보았다.
PZT 박막 및 전극의 증착에는 rf magnetron 스퍼터링기, 전자 빔이 장착된 증착기 등을 사용하였고, 특성 측정 및 분석용 장비로는 X-선 회절기, 탐침판과 박막 I-V 측정기, 커패시턴스 미터, 주사전자현미경 및 그에 부착된 전자 분산형 물질분석기등을 이용하였다.
상온층의 두께를 변화시키며 2단계 스퍼터링하여 누설전류 특성 증진을 기하고자 하였고, 적정 상온층의 두께도 제시하였다.
여러 조건 하에서 제조된 박막의 누설전류 기구도 각각 고찰, 정리하였다. 우선 장벽이 지배하는 기구인지 아닌지를 조사하였고, 이어서 구체적으로 풀-프렝클 기구를 따르는지 아니면 공간전하가 지배하는 기구인지까지 자세히 알아보았다.
마지막으로, 누설전류 기구에대한 이해를 토대로, 도너 불순물 도핑에 의해 누설전 류의 저하 효과가 있는지도 확인해보았다.
강유전 특성을 갖는 PZT 상은 650℃에서 형성되었다. PZT 박막은 175나노미터의 두께에서도 강유전 특성이 잘 나타났다. 2단계 스퍼터링으로 누설전류 특성을 크게 증진시킬 수 있었고, 적절한 두께의 상온층을 포함시킨 경우 2x$10^{-7}$A/㎠의 매우 작은 누설전류를 나타냈다.
누설전류 기구에대한 조사 결과, 여러 조건에서 제조된 PZT 박막의 전기 전도는 모두 고체-지배형 기구를 따랐으며, 그 중에서도 풀-프렝클 기구에의함을 알 수 있었다.
따라서, 도너 불순물 도핑으로 누설전류를 더욱 감소시킬 수 있었다.

Abstract ▼

The leakage current characteristics in the ferroelectric PZT thin film will be improved by in-situ sputtering on the very thin PZT layer deposited at room temperature, And, the leakage current will have to reduce by donor impurity doping based on the investigation and understanding about conduction

The leakage current characteristics in the ferroelectric PZT thin film will be improved by in-situ sputtering on the very thin PZT layer deposited at room temperature, And, the leakage current will have to reduce by donor impurity doping based on the investigation and understanding about conduction mechanism.
At first, to fix basic processing conditions, the lowest temperature required to ferroelectric phase formation of PZT thin film have been investigated. And, the thickness of the thin film that the degradation of the properties is not large was also surveyed.
For the deposition of PZT thin film and electrodes rf magnetron sputtering system and thermal evaporator with e-beam were used. To measure and analyze XRD, I-V measuring system with probe-station, capacitance meter and SEM with EDS were engaged.
The improvement of leakage current characteristics has been tried by 2-step sputtering with varying the thickness of room temp.-layer, and then optimum thickcess of room temp.-layer was proposed.
The leakage current mechansim in the ferroelectric PZT thin films deposited under several conditions was considered and summarized. And successively finical consideration about the mechanism, that is, Poole-Frenkel or space charge-limited, has been done.
Finally, as excess research, the reducing effect of the leakage current by donor impurity doping was searched qualitatively.
Ferroelectric PZT phase was formed at 650℃ in case of using bulk target.
Ferroelectric characteristics was fairly shown also in the PZT thin films having thickness of 175nm. The leakage current property was able to improve dramatically by 2-step sputtering, and there in case of containing optimum thickness of room temp-layer very low leakage of 2x$10^{-7}$A/㎠ was shown.
The electrical conduction mechanism in all PZT thin films formed by several condition was confirmed as bulk-limited, especially in those, as Poole-Frenkel mechanism. Using this, donor doping was done and dramatic result was shown.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...9
• 3. 결과 및 고찰...12
• 4. 결론...23
• 5. 인용문헌...24