Properties of MFS capacitors with various gate electrodes using ferroelectric thin film

Metal-ferroelectric-semiconductor(MFS) capacitors by using rapid thermal annealed $LiNbO_3$/Si structures were successfully fabricated and demonstrated nonvolatile memory operations of the MFS capacitors. The C-V characteristics of MFS capacitors showed a hysteresis loop due to the ferroelectric nature of the $LiNbO_3$thin film. The dielectric constant of the $LiNbO_3$film calculated from the capacitance in the accumulation region in the capacitance-voltage(C-V) curve was about 25. The gate leakage current density of MFS capacitor using a platinum electrode showed the least value of $1{\times}10^{-8}\textrm{A/cm}^2$ order at the electric field of 500 kV/cm. The minimum interface trap density around midgap was estimated to be about $10^{11}/cm^2$.eV. The typical measured remnant polarization(2Pr) value was about 1.2 $\mu\textrm{C/cm}^2$, in an applied electric field of $\pm$ 300 kv/cm. The ferroelectric capacitors showed no polarization degradation up to about $10^{10}$ switching cycles when subjected to symmetric bipolar voltage pulse in the 500 kHz.

강유전체 박막을 이용한 MFS 커패시터의 게이트 전극 변화에 따른 특성

고온 급속 열처리를 행한 $LiNbO_3Si$/(100) 구조를 가지고 여러 가지 전극을 사용하여 금속/강유전체/반도체 커패시터를 제작하였으며, 제작한 커패시터의 비휘발성 메모리 응용 가능성을 확인하였다. MFS 커패시터의 C-V 특성 곡선에서는 LiNbO$_3$박막의 강유전성으로 인한 히스테리시스 특성이 관측되었으며, 1 MHz C-V 특성 곡선의 축적 영역에서 산출한 비유전율은 약 25 이었다. Pt 전극을 사용하여 제작한 커패시터에서는 인가 전계 500 kV/cm 범위에서 $1\times10^{-8}$ A/cm 이하의 우수한 누설전류 특성이 나타났다. midgap 부근에서의 계면 준위 밀도는 약 $10^{11}\textrm{cm}^2$.eV 이었으며, 잔류분극 값은 약 1.2 $\muC/\textrm{cm}^2$ 였다. Pt 전극과 A1 전극 모두 500 kHz 주파수의 바이폴러 펄스를 인가하면서 측정한 피로 특성에서 $10^{10}$ cycle 까지 측정된 잔류 분극 값이 초기 값과 같았다.