Abstract
Metal-ferroelectric-insulator- semiconductor(MFTS) devices by using rapid thermal annealed (RTA) LiNbO$_3$/AIN/Si(100) structures were successfully fabricated and demonstrated nonvolatile memory operations. Metal-insulator-semiconductor(MIS) C-V properties with high dielectric AIN thin films showed no hysteresis and good interface properties. The dielectric constant of the AIN film calculated from the capacitance at the accumulation region in the capacitance-voltage(C-V) characteristics was about 8. The C-V characteristics of MFIS capacitor showed a hysteresis loop due to the ferroelectric nature of the LiNbO$_3$ thin films. Typical dielectric constant value of LiNbO$_3$ film of MFIS device was about 23. The memory window width was about 1.2 V at the gate voltage of $\pm$5 V ranges. Typical gate leakage current density of the MFIS structure was the order of 10$^{-9}$ A/$\textrm{cm}^2$ at the range of within $\pm$500 kV/cm. The ferroelectric capacitors showed no polarization degradation up to about 10$^{11}$ switching cycles when subjected to symmetric bipolar voltage pulse(peak-to-peak 8 V, 50 % duty cycle) in the 500 kHz.
고온 급속 열처리시킨 LiNbO₃/AIN/Si(100) 구조를 이용하여 MFIS 소자를 제작하고, 비휘발성 메모리 동작 가능성을 확인하였다. 고유전율 AIN 박막 위에 Pt 전극을 증착시켜 제작한 MIS 구조에서 측정한 1MHz C-V 특성곡선에서는 히스테리시스가 전혀 없고 양호한 계면특성을 보였으며, 축적 영역으로부터 산출한 비유전율 값은 약 8 이었다. Pt/LiNbO₃/AIN/Si(100) 구조에서 측정한 1MHz C-V 특성의 축적영역에서 산출한 LiNbO₃ 박막의 비유전율 값은 약 23 이었으며, ±5 V의 바이어스 범위 내에서의 메모리 윈도우는 약 1.2 V이었다. 이 MFIS 구조에서의 게이트 누설전류밀도는 ±500 kV/cm의 전계 범위 내에서 10/sup -9/ A/㎠ 범위를 유지하였다. 500 kHz의 바이폴러 펄스를 인가하면서 측정한 피로특성은 10/sup 11/ cycle 까지 초기값을 거의 유지하는 우수한 특성을 보였다.
