• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.175-175
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• 2009

최근 전자 소자의 소형화 집적화에 따른 대응 방안으로 한 개의 소자에 두가지 이상의 물리적 특성을 갖는 다기능성 소재의 개발에 많은 연구가 진행되고 있다. 다강체는 강유전성 (ferroelectricty ), 강자성 (ferromagnetism), 강탄성 (ferroelasticity) 중에서 두 개 이상의 현상을 나타내는 재료로, 이중에서도 특히 강유전성과 강자성을 동시에 나타내는 다강체가 학계 및 산업계로부터 집중적인 관심을 받으면서 최근 이 분야 연구가 국내 외적으로 매우 활발하게 이루어지고 있다. 이는 다강체를 이용하면 기존의 강유전 현상을 이용한 메모리소자인 FRAM이나 차세대 메모리소자로 주목을 받고 있는 MRAM을 결합한 새로운 방식의 메모리소자의 탄생이 가능할 수도 있기 때문이다. 즉, 일부 다강체가 나타내는 magnetoelectric (ME) 현상을 이용하면 자기적으로 신호를 인가하여 전기신호로 데이터를 저장하거나 또는 전기적으로 신호를 인가하여 자기적으로 데이터를 저장하는 것이 가능해지기 때문이다. 이 연구에서는 다강체 특성을 가지는 $Fe/BaTiO_3$ 이중박막을 IBSD(Ion Beam Sputter Deposition)을 이용하여 (111)Pt/Ti/$SiO_2/Si$ 기판에 증착을 하여 구조적, 전기적, 자기적 특성을 토론할 것이다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.6 no.12
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• pp.1263-1269
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• 1996

반도체 메모리 소자에 이용되는 하부전극의 Pt 박막을 MOCVD 증착방법을 이용하여 SiO2(100nm)/Si 기판위에 증착하였다. 반응개스로 O2개스를 사용하였을 경우에 순수한 Pt 박막을 얻었으며 증착층은(11)우선방향을 가지고 성장하였다. 증착온도가 45$0^{\circ}C$에서는 결정립 경계에 많은 hole이 형성되어 박막의 비저항을 증가시켰다. MOCVD에 의해 얻어진 Pt 박막은 전 증착온도범위에서 인장응력을 가지고 있었으며 40$0^{\circ}C$이상의 온도에서 hole이 형성되면서 응력은 감소하였다. MOCVD-Pt 위에 PEMOCVD로 증착한 강 유전체 SrBi2Ta2O9박막은 균일하고 치밀한 미세구조를 보였다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.16 no.3
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• pp.2131-2134
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• 2015

In this study, It has been demonstrated a new and realizable possibility of the ferroelectric random access memory devices by all solution processing method with paper substrates. Organic ferroelectric poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) thin films were formed on paper substrate with Al electrode for the bottom gate structure using spin-coating technique. Then, they were subjected to annealing process for crystallization. The fabricated PVDF-TrFE thin films were observed by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). It was found from polarization versus electric field (P-E) measurement that a PVDF-TrFE thin film on paper substrate showed very good ferroelectric property. This result agree well with that of a PVDF-TrFE thin film fabricated on the rigid Si substrate. It anticipated that these results will lead to the emergence of printable electron devices on paper. Furthermore, it could be fabricated by a solution processing method for ferroelectric random access memory device, which is reliable and very inexpensive, has a high density, and can be also fabricated easily.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.20 no.3
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• pp.223-227
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• 2007

The effect of Eu contents on the ferroelectric properties of $Bi_{4-x}Eu_xTi_3 O_{12}$ (BET) thin films has been investigated. Bismuth Europium titanate thin films with a Eu contents were prepared on the $Pt/Ti/SiO_2/Si$ substrate by metal-organic decomposition technique. The structure and the morphology of the films were analyzed using X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning microscopy (FE-SEM), respectively. From the XRD analysis, it was found that BET thin films have polycrystalline structure, and the layered-perovskite phase is obtained when the Eu contents exceeds 0.2 (x > 0.2). Also, the ferroelectric characteristics of the BET thin films were found to be dependent on the Eu content. Particularly, the BET films doped with x = 0.75 show better ferroelectric properties (remanent polarization 2Pr = 60.99 C/$cm^2$ and only a little polarization fatigue up to $3.5{\times}10^9$ bipolar switching cycling) than those doped with other Eu contents.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.6 no.9
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• pp.931-936
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• 1996

비휘발성 메모리 소자에의 적용을 위한 SrBi2Ta2O9(SBT)박막이 고순도의 Sr, Bi, Ti 금속타겟을 사용하여 Pt/Ti/SiO2/Si 기판 위에 reactive sputtering 법에 의해 증착되었다. 조성의 영향을 평가하기 위하여 Bi 타겟에 인가되는 전원의 변화와 열처리에 따른 C-F(capacitance-frequency), P-E(polarization-electric field), I-V(current-voltage)등의 전기적 특성이 조사되었다. Bi의 양이 증가함에 따라 Bi layer 구조를 나타내는 (105)회절 피크가 증가하였고 $700^{\circ}C$, 산소분위기에서 1시간 동안 열처리후 Sr과 Bi가 심하게 휘발되었으며 박막의 미세구조는 다공질이 되었다. 이러한 이유로 열처리된 박막의 누설 전류 밀도는 증가하였다. 열처리된 시편의 조성은 거의 화학양론비를 이루었으며 4.5$\mu$C/$\textrm{cm}^2$의 Pr값을 갖는 강유전(ferroelectric)특성을 나타내었다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.15 no.9
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• pp.764-769
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• 2002

The effect of excess Bi contents on the ferroelectric properties of B $i_{3.25}$ L $a_{0.75}$ $Ti_3$ $O_{12}$ (BLT) thin films has been investigated. Bismuth lanthanum titanate thin films with excess Bi contents were prepared onto Pt/Ti/ $SiO_2$/Si substrate by metalorganic decomposition (MOD) technique. The structure and morphology of the films were analyzed using X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscopy (AFM), respectively. From the XRD analysis, BLT thin films show polycrystalline structure and the layered-perovskite phase was obtained over 10% excess of Bi contents. As a result of ferroelectric characteristics related to the Bi content of the BLT thin film, the remanent polarization and dielectric constant decreased with increasing over Bi content of 10% excess. The BLT film with Bi content of 10% excess was measured to have a dielectric constant of 326 and dielectric loss of 0.024. The BLT thin films showed little polarization fatigue test up to 3.5$\times$10$^{9}$ bipolar switching cycling.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.11 no.12
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• pp.1108-1114
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• 1998

$BaTiO_3$ thin films preferred c-axis orientation for the potential application of ferroelectric memory devices were deposited on silicon substrates(100) by RF sputtering and annealed at 800 and 900[$^{\circ}C$] in air. The BT(100)/BT(110) peak ratio of the sputtered sample was decreased with post-annealing in air. According to increasing with annealing temperature and time, the peak ratio of BT(100)/BT(110) was decreased and the surface density of thin film was high. Dielectric characteristics of $BaTiO_3$ thin film was measured as a function of annealing temperature and frequency. The dielectric constants were increased with annealing and decreased with frequency by space charge polarization and dipole polarization below 600[kHz]. The remanent polarization and coercive field in P-E hysteresis loop of $BaTiO_3$thin film were increased with the annealing temperature in air. The remanent polarization and coercive filed annealed at 800[$^{\circ}C$] for 1hr were 1.2[$\mu$C/$cm^2$] and 200[kV/cm]

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.279-279
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• 2007

비휘발성 메모리 Fe-RAM은 빠른 정보처리 속도와 전원공급이 차단되었을 때도 계속 정보를 유지할 수 있는 비휘발성 특징과 더불어 저전압, 저전력 구동의 장점이 있어서, 차세대 메모리로 많은 주목을 받고 있다. FeRAM에 사용되는 강유전체는 주로 Pb(Zr,Ti)$O_3$가 적용되었는데, 최근에는 비납계 강유전체의 연구도 활발히 이루어지고 있다. 이러한 비납계 강유전체 중에서 가장 특성이 우수한 물질은 $(Bi,La)_4Ti_3O_{12}$ (BLT) 이다. 그런데 BLT는 결정 방향에 따른 강한 이방성의 강유전 특성을 나타내기 때문에 BLT 박막을 이용하여 Fe-RAM 소자 등을 제작하기 위해서는 결정의 방향성을 세심하게 제어하는 것이 매우 중요하다. 지금까지 연구된 BLT 박막의 방향성 조절결과를 보면, BLT 박막을 스핀 코팅 법 (spin coating method)으로 증착하고, 핵생성 열처리 단계를 조절하여 무작위 방향성을 갖는 박막을 제조하는 방법이 일반적이었다. 그런데 이러한 스핀 코팅법에서의 핵생성 단계의 제어는 공정 조건 확보가 너무 어려운 단점이 있다. 이러한 어려움을 극복할 수 있는 대안은 스퍼터링 증착법(sputtering deposition method), PLD (pulsed laser deposition)법 등과 같은 PVD (physical vapor deposition) 법의 증착방법을 적용하는 것이다. PVD 법으로 증착하는 경우에는 이미 박막 내에 무수한 결정핵이 존재하기 때문에 핵생성 단계가 필요가 없게 된다. PVD 증착법의 적용을 위해서는 타겟의 제조 및 평가 실험이 선행되어야 한다. 그런데 벌크 BLT 재료의 소결공정 조건과 전기적 특성에 관한 연구 결과는 거의 발표가 되지 않고 있다. 본 실험에서는 $Bi_2O_3,\;TiO_2,\;La_2O_3,\;Nb_2O_5\;and\;Al_2O_3$ 분말들을 이용하여 최적의 조성을 구하기 위하여 $Nb^{+5}$ 와 $Al^{+3}$을 $Ti^{+4}$ 자리에 소량 치환시켜 제조하였다. 혼합된 분말을 하소 후 pellet 형태로 성형하여 소결을 실시하였다. 시편을 1mm 두께로 연마하고, 양면에 silver 전극을 인쇄하여 전기적 특성을 측정하였다. 측정결과 $Ti^{+4}$ 자리에 $Nb^{+5}$를 치환하여 제조한 시편에서 $2P_r{\sim}31\;{\mu}c/cm^2$정도의 매우 우수한 특성을 얻었다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.34 no.2
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• pp.202-208
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• 1997

Bi-layered SrBi2Ta2O9(SBT) films were deposited on Pt/Ti/SiO2/Si sibstrates by rf magnetron sputt-ering at room temperature and then were annealed at 75$0^{\circ}C$, 80$0^{\circ}C$ and 85$0^{\circ}C$ for 1 hour in oxygen at-mosphere. The film composition of SrBi2Ta2O9 was obtained after depositing at room temperature and annealing at 80$0^{\circ}C$. Excess 20mole% Bi2O3 and 30 mole% SrCO3 were added to the target to compensate for the lack of Bi and Sr in SBT film. 200 nm thick SBT film exhibited and dense microstructure, adielectric constant of 210, and a dissipation factor of 0.05 at 1 MHz frequency. The films exhibited Curie temperature of 32$0^{\circ}C$ and a dielectric constant of 314 at that temperature under 100 kHz frequency. The remanent polarization(2Pr) and the coercive field(2Ec) of the SBT films were 9.1 $\mu$C/$\textrm{cm}^2$ and 85 kV/cm at an applied voltage of 3V, resspectively and the SBT film showed a fatigue-free characteristics up to 1010 cy-cles under 5V bipolar pulse. The leakage current density of the SBT film was about 7$\times$10-7A/$\textrm{cm}^2$ at 150 kV/cm. Fatigue-free SBT films prepared by rf magnetron sputtering can be suitable for application to non-volatile memory device.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.280-280
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• 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.