• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
• /
• pp.257-257
• /
• 2007

고밀도 FeRAM (Ferroe!ectric Random Access Memory) 소자를 개발하기 위해서는 강유전체 물질을 이용한 안정적인 스텍형의 커패시터 개발이 필수적이다. 특히 $(Bi,La)_4Ti_3O_{12}$ (BLT) 강유전체 물질을 이용하는 경우에는 낮은 열처리 온도에서도 균질하고 높은 값의 잔류 분극 값을 확보하는 것이 가장 중요한 과제 중의 하나이다. 불행히도, BLT 물질은 a-축으로는 약 $50\;{\mu}C/cm^2$ 정도의 높은 잔류 분극 값을 갖지만, c-축 방향으로는 $4\;{\mu}C/cm^2$ 정도의 낮은 잔류 분극 값을 나타내는 동의 강한 비등방성 특성을 보인다. 따라서 BLT 박막에서 각각 입자들의 크기 및 결정 방향성을 세밀하게 제어하는 것은 무엇보다 중요하다. 본 연구에서는 16 Mb의 1T/1C (1-transistor/1-capacitor) 형의 FeRAM 소자를 BLT 박막을 적용하여 제작하였다. 솔-젤 (sol-gel) 용액을 이용하여 스핀코팅법으로 BLT 박막을 증착하고, 후속 열처리 공정을 RTP (rapid thermal process) 공정을 이용하여 수행하였다. 커패시터의 하부 전극 및 상부 전극은 각각 Pt/IrOx/lr 및 Pt을 적용하였다. 반응성 이온 에칭 (RIE: reactive ion etching) 공정을 이용하여 커패시터를 형성시킨 후, 32k-array (unit capacitor: $0.68\;{\mu}m$) 패턴에서 측정한 스위칭 분극 (dP=P*-P^) 값은 약 $16\;{\mu}C/cm^2$ 정도이고, 웨이퍼 내에서의 균일도도 2.8% 정도로 매우 우수한 특성을 보였다. 그러나 단위 셀들의 특성을 평가하기 위하여 bit-line의 전압을 측정한 결과, 약 10% 정도의 커패시터에서 불량이 발생하였다. 그리고 이러한 불량 젤들은 매우 불규칙적으로 분포함을 확인할 수 있었다. 이러한 불량 원인을 파악하기 위하여 양호한 젤과 불량이 발생한 셀에서의 BLT 박막의 미세구조를 분석하였다. 양호한 셀의 BLT 박막 입자들은 불량한 셀에 비하여 작고 비교적 균일한 크기를 갖고 있었다. 이에 비하여 불량한 셀에서의 BLT 박막에는 과대 성장한 입자들이 존재하고 이에 따라서 입자 크기가 매우 불균질한 것으로 확인되었다. 또 이러한 과대 성장한 입자들은 거의 모두 c-축 배향성을 나타내었다. 이상의 실험 결과들로부터, BLT 박막을 이용하여 제작한 FeRAM 소자에서 발생하는 불규칙한 셀 불량의 주된 원인은 c-축 배향성을 갖는 과대 성장한 입자의 생성임을 알 수 있었다. 즉 BLT 박막을 이용하여 FeRAM 소자를 제작하는 경우, 균일한 크기의 입자 및 c-축 배향성의 입자 억제가 매우 중요한 기술적 요소임을 알 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2007년도 하계학술대회 논문집 Vol.8
• /
• pp.280-280
• /
• 2007

$Pb(Zr,Ti)O_3$ (PZT) 강유전체 박막은 높은 잔류 분극 (remanent polarization) 특성 때문에 현재 강유전체 메모리 (FeRAM) 소자에 적용하기 위하여 가장 활발히 연구되고 있다. 그런데 PZT 물질은 피로 (fatigue) 및 임프린트 (imprint) 등의 장시간 신뢰성 (long-term reliability) 특성이 취약한 단점을 가지고 있다. 이러한 신뢰성 문제를 해결할 수 있는 효과적인 방법 중의 하나는 $IrO_2$, $SrRuO_3$(SRO) 등의 산화물 전극을 사용하는 것이다. 많은 산화물 전극 중에서 SRO는 PZT와 비슷한 pseudo-perovskite 결정구조를 갖고 격자 상수도 비슷하여, PZT 커패시터의 강유전 특성 및 신뢰성을 향상시키는데 매우 효과적인 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구는 PZT 커패시터에 적용하기 위하여 SRO 박막을 증착하고 이의 전기적 특성 및 미세구조를 분석하고자 하였다. 또 실제로 SRO 박막을 상부전극과 PZT 사이의 버퍼 층 (buffer layer)으로 적용한 경우의 커패시터 특성도 평가하였다. 먼저 다결정 SRO 박막을 $SiO_2$/Si 기판 위에 DC 마그네트론 스퍼터링 법 (DC magnetron sputtering method)으로 증착하였다. 그 다음 이러한 SRO 박막의 미세구조, 결정성 및 전기적 특성이 증착 조건들의 변화에 따라서 어떤 경향성을 보이는지를 평가하였다. 기판 온도는 $350\;{\sim}\;650^{\circ}C$ 범위에서 변화시켰고, 증착 파워는 500 ~ 800 W 범위에서 변화시켰다. 또 Ar+$O_2$ 혼합 가스에서 산소의 혼합 비율을 20 ~ 50% 범위에서 변화시켰다. 이러한 실험 결과 SRO 박막의 전기적 특성 및 미세 구조는 기판의 증착 온도에 따라서 가장 민감하게 변함을 관찰할 수 있었다. 다른 증착 조건과 무관하게 $450^{\circ}C$ 이상의 온도에서 증착된 SRO 박막은 모두 주상정 구조 (columnar structure)를 형성하며 (110) 방향성을 강하게 나타내었다. 가장 낮은 전기 저항은 $550^{\circ}C$ 증착 온도에서 얻을 수 있었는데, 그 값은 약 $440\;{\mu}{\Omega}{\cdot}cm$ 이었다. SRO 버퍼 충을 적용하여 제작한 PZT 커패시터의 잔류 분극 (Pr) 값은 약 $30\;{\mu}C/cm^2$ 정도로 매우 높은 값을 나타내었고, 피로 손실 (fatigue loss)도 $1{\times}10^{11}$ 스위칭 사이클 후에 약 11% 정도로 매우 양호한 값을 나타내었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
• /
• pp.103-103
• /
• 2000

강한 결정 방향 의존성과 낮은 항정계를 갖는 Bi4Ti3O12 강유전체 박막은 NDRO형 비휘발성 강유전체 메모리 분야에서 매우 유망한 재료이다. 이를 위해서는 실리콘 기판과의 계면조절과 실리콘 기판성에서 고품질의 강유전성 박막을 성장시키는 기술이 필수적이다. MOCVD에 의한 Bi4Ti3O12 의 증착에서는 Bi 성분의 강한 휘발 특성과 낮은 반응성으로 인하여 조성과 두께 등의 조절이 매우 어렵다. 따라서 화학기상증착의 기구를 이해하고 제어하는 기술이 양질의 박막을 얻는데 필수적이다. 본 연구에서는 유기금속 원료 TPB, TIP 과 산소를 이용하여 실리콘 기판위에 Bi4Ti3O12 강유전체 박막을 증착할 때, 증착 변수의 변화에 따른 박막의 증착 거동과 구조적, 전기적 특성을 연계하여 분석하였다. 특히 기판부착력이 낮고 휘발성이 강한 Bi의 특성으로 인한 문제를 개선하기 위하여 TIP원료를 주기적으로 공급, 중단을 반복하는 펄스주입법을 고안하여 그 효과를 살펴보았다. 실리콘 기판위에서 TiO2의 증착속도는 실험온도 영역에서 온도에 따라 변화하지 않는 전형적인 물질 전달에 의해 지배되는 양상을 나타내었다. 반면 Bi2O3 경우에는 50$0^{\circ}C$ 이상에서 급격하게 증착속도가 감소하는 특이한 경향을 나타내었으며 이는 Bi2O3의 높은 휘발성 때문일 것이다. Bi4Ti3O12 박막은 온도증가에 따라 증착속도가 증가한 후 $600^{\circ}C$ 이상에서 포화되는 경향을 보였다. 이로부터 실리콘 기판위에서의 Bi4Ti3O12 박막의 증착 모델을 제시하였다. Bi2O3에 비해 상대적으로 표면 부착력이 월등히 큰 TiO2가 우선적으로 실리콘 펴면에 형성된 후 TPB 유기금속 원료가 이 TiO2와 반응하는 과정으로 Bi4Ti3O12 박막이 증착된다. $600^{\circ}C$이상에서는 증착 변수들을 바꾸어도 물성이 변하지 않는 자기조절기능이 있음을 알 수 있었는데 이는 고온에서의 Bi2O3의 강한 휘발성 때문일 것이다. 실리콘 기판에서 층상 페로브스카이트 상은 58$0^{\circ}C$ 이상에서 형성되며, 매우 좁은 온도 변화에도 결정구조, 박막현상 및 성분이 크게 바뀌는 온도에 민감한 증착거동이 관찰되었다. 증착 모델에서 예견되는 Bi의 불리함을 개선하기 위해 펄스주입법을 실시한 경우 Bi의 성분량이 증가되었고 결정성이 향상되었다. 이로부터 펄스주입법이 박막내에 부족하기 쉬운 Bi를 보충하여 박막의 특성을 개선함을 확인하였다. Bi4Ti3O12 박막의 증착온도에 따른 누설전류 특성 측정 결과 증착온도가 감소할수록 누설전류가 감소함을 알 수 있었고 펄스주입법이 연속주입법보다 더 낮은 누설전류를 보임을 알았다. 펄스주입법의 경우 -2.5V 인가 시의 누설전류는 7.4$\times$10-8A/cm2에서 1.3$\times$10+7A/cm2의 매우 우수한 값을 가졌다. 연속 주입법에 의해 증착된 박막은 C-V 측정 결과 강유전성 이력이 나타나지 않았으나, $600^{\circ}C$ 이상에서 펄스주입법에 의해 증착된 박박은 강유전성 이력을 나타내었다.

• 한국세라믹학회지
• /
• 제24권4호
• /
• pp.392-396
• /
• 1987

Pure barium titanate was sintered at $1340^{\circ}C$ for 2, 4, 8, 16 hr to control their grain size. The measurements of breakdown strength and partial discharge characteristics were performed under rising AC voltage(60Hz). With increase of sintering time, the average grain size was increased and breakdown strength was slightly decreased. Partial discharge in pores was observed under high voltage, and a model of dielectric break down in barium titanate ceramics is proposed.

• 한국세라믹학회:학술대회논문집
• /
• 한국세라믹학회 2000년도 추계총회,초청강연,특별강연,연구발표회
• /
• pp.48.1-48
• /
• 2000

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 1999년도 춘계학술발표강연 및 눈문개요집
• /
• pp.134-134
• /
• 1999

• 한국세라믹학회:학술대회논문집
• /
• 한국세라믹학회 2003년도 추계총회 및 연구발표회 초록집
• /
• pp.30.2-30
• /
• 2003

• 한국재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국재료학회 2006년도 추계학술발표대회 및 제11회 신소재 심포지엄
• /
• pp.21.2-21.2
• /
• 2006

• 세라미스트
• /
• 제7권3호
• /
• pp.38-47
• /
• 2004

최근 micro structure, micro sensor, micro actuator 및 microelectronics 등을 활용하는 microelectromecha-nical systems (MEMS) 기술은 마이크로 로봇, micro manipulation, 광학 소자 및 시스템, 유체, 열, 바이오 및 화학공정 등을 위한 시스템 그리고 atomic force와 scanning tunneling microscope 등에 사용되는 다양한 소자 등 많은 잠재력을 가지고 있다. 이들 응용 분야 들은 micro actuator와 같은 mechanical power source가 요구되는 경우가 있다. 압전 특성을 포함하는 강유전체 재료는 이러한 micro actuator를 위해 여러 가지 다양한 장점을 지니고 있는데, 이들을 정리하면 다음과 같다. (중략)

• 대한전자공학회논문지SD
• /
• 제38권8호
• /
• pp.1-12
• /
• 2001

본 연구에서는 MFSFET (Metal-Ferroelectric-Semiconductor FET) 소자의 모델링을 바탕으로 adaptive learning 회로를 설계하고, 그 수치적인 결과를 분석하였다. Adaptive learning 회로에서 출력주파수는 MFSFET 소자의 소스-드레인 저항과 캐패시턴스에 반비례하는 특성을 보여주었다. Short pulse 수에 따른 포화드레인 전류곡선은 강유전체의 분극반전 특성과 유사함을 확인할 수 있었고, 이는 강유전체 분극이 MFSFET 소자의 드레인 전류조절에 핵심적인 요소로 작용한다는 사실을 의미한다. 다음으로 MFSFET 소자의 드레인 전류조절에 핵심적인 요소로 작용한다는 사실을 의미한다. 다음으로 MFSFET 소자의 소스-드레인 저항으로부터 dimensionality factor 와 adaptive learning 회로의 펄스 수에 따른 출력주파수 변화를 분석하였다. 이 특성으로부터, adaptive learning 회로의 주파수변조 특성 즉, 입력펄스의 진행에 따라 출력펄스의 점진적인 주파수 변화를 의미하는 adaptive learning 특성을 명화하게 확인할 수 있었고, 뉴럴 네트워크에서 본 회로가 뉴런의 시넵스 부분에 효과적으로 사용될 수 있음을 입증하였다.