• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.445-445
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• 2011

본 연구에서는 편극 패턴된 강유전체 단결정 $LiNbO_3$ 기판에 광화학적 반응에 의해 금속(Au, Ag, Cu)나노입자를 표면에 선택적으로 성장하였다. 강유전체는 자발편극성의 특성을 지니고 있기 때문에 선택적으로 전압을 가하여 편극성의 역전에 의해 표면의 편극성을 선택적으로 패터닝이 가능하다. 본 연구에서는 주기적으로 양의 편극 영역과 음의 편극 영역이 패턴된 $LiNbO_3$ 기판을 사용하였다. 표면의 편극성은 압전소자반응현미경법(PFM)을 이용하여 확인하였으며, 극성은 R-V curve로 확인하였다. 금속입자는 금속입자를 포함하는 용액에 기판을 넣고 자외선을 조사하여 성장시켰다. 성장된 금속입자의 표면 분포 및 분석은 AFM을 이용하여 측정하였다. Ag 입자를 성장시킨 결과, (-z)편극 영역보다 (+z)편극영역에서 보다 많은 금속 나노입자들이 환원반응을 일으켜 나노입자를 형성하였으며, 경계영역 (inversion domain boundary)에 가장 많은 나노구조체가 형성되었다. Au 입자의 경우, (+z)편극영역이 (-z)편극영역의 표면보다 더 많은 입자가 형성되었지만 Ag입자처럼 편극영역의 경계에서 많이 증착되는 경향성은 보이지 않았다. Cu 입자의 경우 광화학반응을 거의 일으키지 않았으며, 편극영역에 따른 증착 경향성도 보이지 않았다. 이와 같은 결과를 증착된 금속 나노입자의 편극에 따른 표면분포를 강유전체 표면 극성에 따른 표면 밴드구조와, 각 입자가 지닌 환원전위와 전자친화도에 관련된 모델로 설명할 것이다.

• 한국진공학회지
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• 제20권4호
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• pp.300-306
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• 2011

본 연구는 편극 패턴된 강유전체 단결정 $LiNbO_3$ (0001) 기판에 광화학적 환원반응을 이용하여 금속(Au, Ag) 나노입자를 증착시키고, 금속 입자의 종류와 표면의 극성에 따른 나노입자의 표면 분포를 원자간력현미경(AFM)으로 조사하였다. 전극 인가에 의해 주기적으로 편극 패턴된 강유전체 단결정 $LiNbO_3$ (periodically polarity-patterned $LiNbO_3$: PPLN)을 기판으로 사용하였으며, PPLN의 각 영역의 편극 방향은 Piezoresponse force microscopy로 확인하였다. 금속(Ag, Au) 나노 입자는 금속이 포함된 수용액에 PPLN 기판을 넣고, 자외선 램프로 30초에서 3분간 노출시켜 광환원 반응으로 기판에 증착시켰다. 시료 성장후, 공기 중에서 AFM을 이용하여 나노입자의 형태, 크기, 및 표면분포를 조사하였다. Ag 입자의 경우, -Z 편극 영역보다 +Z 편극 영역에 크고 밀도가 높은 나노 입자가 증착되었으며, 특히 편극 경계 부분에 가장 큰 Ag 나노입자가 증착되어, 나노선 모양으로 성장됨이 확인되었다. 그러나 Au 입자의 경우는 편극 경계부분에 입자가 증착되는 경향이 없었다. 두 입자 모두 자외선 노출시간이 증가함에 따라, 증착된 나노입자의 크기는 증가하는 경향을 보였다. 이와 같이 증착된 금속 나노입자가 강유전체의 표면편극에 따라 다른 분포로 성장되는 것을 강유전체 표면 극성에 따른 표면 밴드구조 변화, 광전 효과 및 표면의 전기장의 불균일성에 의한 수용액 속의 금속 양이온과 자외선에 의해 생성된 전자와의 광화학적 반응에 대한 모델로 논의할 것이다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제12권1호
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• pp.59-63
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• 2005

금속-강유전체-반도체 전계효과 트랜지스터 (MFS/MFISFET)의 동작 특성을 technology computer-aided design (TCAD)과 simulation program with integrated circuit emphasis (SPICE)를 결합하여 전산모사하는 방법을 제시하였다. 복잡한 강유전체의 동작 특성을 수치해석을 이용하여 해석한 다음, 이를 이용하여 금속-강유전체-반도체 구조에서 반도체 표면에 인가되는 표면 전위를 계산하였다. 계산된 TCAD 변수인 표면 전위를 전계효과 트랜지스터의 SPICE 모델에서 구한 표면 전위와 같다고 보고게이트 전압에 따른 전류전압 특성을 구할 수 있었다. 이와 같은 방법은 향후 MFS/MFISFET를 이용한 메모리소자의 집적회로 설계에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 1996년도 재료학회 추계학술발표회
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• pp.56-56
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• 1996

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1998년도 제14회 학술발표회 논문개요집
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• pp.80-80
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• 1998

RU02 박막은 전이금속으로서 rutile 구조이며, 넓은 온도 영역에서 금속성의 를 나타내고, 700도 이상의 높은 온도에서 열적 안정성을 갖는 물질이다 이러한 특성 때문 에 RU02 박막은 실리콘 디바이스에서 배선 게이트 전극 확산 장벽 등에 응용가능성이 높 은 물질로 각광을 받고 있다- 특히 다결정 RU02 박막은 DRAM (dynamic random access m memory) 내의 강유전성 축전기의 전극으로서 유망한 물질이다. 지금까지 이러한 응용분야에 사용된 전극물질은 pt 금속이었다 그러나 이러한 금속전극은 SI 산소 그리고 강유전체의 구성물질 등과의 상호확산, pt 표면의 hillock의 존재로 생기는 전기적 단락, 기판과의 나쁜 점작성, 어려운 에칭 프로세스 등의 단점을 가지고 있다 더욱 더 심각한 문제는 P Pt'ferroelectric/Pt 구조에서 나타나는 aging과 fatigue인데, 이는 108 사이쿨 이후에 스위칭 가 능한 잔류 pOlarization 으$\mid$ 감소를 유발하게 된다- 최근 Berstein은 Pt 대신에 RU02를 사용함으로써 강유전체 축전기에서의 fatigue 현상을 크게 감소시켰다고 보고 한 바 있다 Burst川도 RU02 가 실리콘 표면과 유전체 물질 사이에 전기전도 어떠한 상호 확산도 일어나지 않음을 보였다. 그러나 이러한 연구 결과에도 증착조건과 RU02 박악의 특성에 관한 상호 관계가 충분히 더욱 더 중은 강유전성 박막올 만들기 위해서는 이러한 박막 전극에 않고 있다 연구되지 대한 상세한 연구가 반드시 필요하다고 본다. RU02 박막은 실리콘 기판 위에 고주파 마그네트론 스퍼터링 방법으로 증착하였다. 사용 한 타켓은 2 인치의 직경을 가지는 CERAC 사에서 제작한 Ruol다 초기 진공은 1O~6 Torr 이하였고, 고주파 전력은 20 - 80W 까지 변화시켰다 반응성 스퍼터링율 하기 위해 아르곤과 산소롤 주입하였고, 산소/(산소+아르곤)의 비를 변화시켰다 기판의 온도와 증착압력은 각각 상온에 서 500도까지 , 5mTorr에 서 100mTorr 까지 변 화시 켰 다 RU02 박막의 결정성을 조사하기 위해 XRD 표면 형상과 단면을 조사하기 위해 SEM을 사용하였다‘ 박악의 비저항을 조사하기 위해 4-단자법 van der Pauw 방법을 사용하였다. RU02 박막은 증착압력이 높을수록 비저항은 높아지고, 두께는 감소하였다. 특히 1 100mTorr에서는 작업가스와 스퍼터된 입자사이의 심각한 산란 때문에 아예 증착이 이루어 지지 않았다‘ RF 전력이 증가할수록 비저항이 낮아졌다. 이는 두께에 의존하는 결과이며 전형적인 금속박막에서 나타나는 현상과 유사함을 알 수 있었다- 기판온도와 작업가스의 산소 분압이 높을수록 비저항이 감소하였다‘ 이러한 사실은 성장한 박악의 결정구조와 밀접한 관련이 있음을 보여준다.

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

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2002년도 춘계종합학술대회
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• pp.215-218
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• 2002

본 논문에서 마이크로스트립 라인을 사용한 가변 위상 천이기를 제안한다. 인가 전압의 변화에 따라 강유전체의 상대 유전율이 변하는 특성을 이용하여 tunable 특성을 얻었고. 구조는 Au/BSTO/MgO/Au로 설계하였다. 제한 된 면적에서 특정 주파수에서의 위상 편이를 증가시키기 위여 여러 개의 커플링을 연결한 구조를 이용하였고. 금속 도체의 선폭을 줄여 손실을 줄였다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제11권2호
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• pp.138-145
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• 1998

The $(Pb_{0.9}Ca_{0.1})TiO_3$[PCT] thin films have been deposited by sol-gel processing on Si-wafer and ITO glass substrates. The creak-free films have been obtained by rapid thermal annealing at $700^{\circ}C$ for 10 minute and characterized by XRD, SEM and electrical measurements. Their tetragonality c/a was 1.041 and grain size was $0.15{\sim}0.2{\mu}m$. When the electrode system of sample was Au/PCT/ITO(MFM) and film thickness was $0.8{\mu}m$, dielectric constant, dielectric loss and Curie temperature were about 149, 0.085 and $449^{\circ}C$ at 10kHz, respectively. Spontaneous polarization $P_s$, remnant polarization $P_r$ and coercive field $E_c$ were about $5.29{\mu}C/cm^2$, $4.15{\mu}C/cm^2$ and 82kV/cm calculated by hysteresis loop.

• 한국결정성장학회:학술대회논문집
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• 한국결정성장학회 1996년도 제11차 KACG 학술발표회 Crystalline Particle Symposium (CPS)
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• pp.259-279
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• 1996

최근 정보·전자산업의 발전으로 고 신뢰성 전자재료에 대한 수요가 증대되고 있으며 이러한 첨단산업의 기반의 될 신소재 중 전자세라믹스가 차지하는 비중이 그 대부분을 차지하고 있으며 이에 대한 수요와 기대가 점점 커지고 있다. 이러한 전자세라믹스는 유전재료, 자성재료, 압전재료, 도전성 재료 등으로 나뉘게 된다. 어떠한 분류에 들어가든 그 조성은 금속의 산화물 형태가 일반적이며 미세한 분말의 성형체를 소결(sintering) 함으로써 최종제품으로 완성된다. 이러한 전잣라믹스가 최근 요구되는 고 신뢰성, 고 밀도화를 달성하기 위해선 원료 분말 제조단계부터 제어가 필요하다. 원료분말의 균일·균질성과 그 입도는 소결특성 뿐만아니라 전기적 특성에도 큰 영향을 미치기 때문이다. 세라믹스의 분말제조 방법 중 일반적으로 사용되는 방법으로는 고상 산화물을 혼합하여 하소(calcination)한 후 분쇄하는 '고상합성법'과 금속의 염 또는 alkoxide 용액을 이용하여 화학적으로 제조하는 '습식 화학적 합성법'이 있다. 고상합성법은 합성온도가 높고 기계적 분쇄와 혼합에 의존하므로 균일·균질성이 떨어지고 분말크기를 1㎛ 이하로 만들기 힘들다. 반면에 습식화학적 합성법은 기계적인 분쇄와 혼합에선 얻을 수 없는 원자 혹은 분자단위의 균일한 혼합과 submicron 이하의 미세한 분말을 얻을 수 있다. 따라서 이러한 습식 화학적 합성으로 얻은 분말을 사용하면 미세한 입자의 특성으로 인해 소결온도를 낮출 수 있으며 균일한 미세구조와 균질한 조성을 갖게되어 기계적·전기적 물성증진도 가져올 수 있게 된다. 습식 화학적 분말합성법은 전술하였듯이 alkoxide의 가수분해를 이용하는 sol-gel 법과 금속의 염(salt) 용액을 이용하여, 화학적으로 화합물 침전을 얻거나 또는 공침전물(coprecipitate) 형태의 분말을 얻는, 침전법으로 나뉠 수 있다. 침전법의 근본원리는 pH 및 pCO3 등에 따른 이온종의 용해도 차이를 이용하는 것으로써 각 이온종에 따른 solubility product(ksp)를 이용하여 설명된다. 본 연구에서는 침전법을 사용한 Ba-, Pb-계 전자세라믹스의 분말합성에 대한 이론적 고찰과 공정개발 및 실험을 통한 물성증진 효과에 대해 알아보았다. 본 실험상의 전자세라믹스 조성은 강유전체, 세라믹반도체, 압효과에 대해 알아보았다. 본 실험상의 전자세라믹스 조성은 강유전체, 세라믹 반도체, 압전재료로 널리 사용되는 BaTiO3, PZT(PbZrO3-PbTiO3)와 수직 자기기록매체로 큰 가능성이 있으며 hard ferrite로 널리쓰이는 Ba-feerite(BaFe12O19)로써 수산화물 형태의 침전에 대한 기구(mechanism)와 물성에 대해 살펴보았다. 이러한 침전법에 의한 분말합성 과정에는 소결체의 물성에 영향을 미치는 pH 조절제나 원료에서 혼입될 수 있는 Na+, K+, Cl-, SO4- 등의 제거(washing 혹은 filtering)가 필수적이다. 그러나 침전법에서 얻게 되는 분말은 매우 미세하여 colloid를 형성하게 되며, 이러한 colloid 상태의 미세한 침전입자가 filtering media에 끼이게 되어 견고하면서도 상당한 부피를 가지는 filter cake을 형성하기 때문에 filtering에 많은 시간과 다량의 filtering agent (본 실험의 경우엔 증류수)가 필요하게 된다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 colloid 상태의 침전물을 얼렸다 녹이는 freezing process를 개발, 적용하여 그 원리 및 효과, 그로인한 분말형태를 관찰하여 보았다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.84-84
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• 1999

최근 큰 잔류분극을 가진 강유전체 Pb(Zr, Ti)O3 박막을 이용한 비휘발성 기억소자의 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 Pb(Zr, Ti)O3 박막을 비휘발성 기억소자로 응용하는 경우 분극피로(polarization fatigue), imprint, 누설전류 등의 문제점이 나타나는 것으로 알려져 있다. 특히 분극반전 횟수가 증가할수록 잔류분극이 감소하는 분극피로 현상은 비휘발성 기억소자의 응용에 있어서 치명적인 장애가 되므로 기억소자의 실용화를 위해서는 분극피로 현상의 개선이 무엇보다 중요하다. 본 연구에서는 Pb(Zr, Ti)O3 강유전체 박막의 분극피로 현상을 규명하고 개선하기 위해서 다음과 같은 세가 실험적 방법으로 접근하였다. 먼저 Pt와 금속산화물인 LaNiO3을 이용하여 상·하부 전극을 달리하여 제조한 축전기에 대해서 분극피로 특성을 관찰하고 이로부터 분극피로 현상에 대한 전극의 효과를 조사하였다. 여기서 금속산화물인 LaNiO3 박막과 Pt 박막은 r.f. 스퍼트 법으로 증가하였으며 Pb(Zr, Ti)O3 박막은 LaNiO3/Si(100)/와 Pt/Ti/SiO2/i(100) 기판위에 졸겔법으로 제조하였다. 다음으로 분극피로된 박막의 상부전극에 극성이 다른 직류전압을 인가해주었을 때 나타나는 분극회복 현상을 광범위하게 관찰하였으며, 특히 직류전압의 극성에 따라 비대칭적인 분극회복 특성을 보였다. 마지막으로 이와 같은 직류전압에 대한 비대칭적인 분극회복현상에 착안하여 양과 음의 방향으로 바이어스된 스윗칭 펄스를 인가하여 분극피로 특성을 조사한 결과 비대칭적인 분극피로 현상을 관찰할 수 있었다. 이와 같은 Pv(Zr, Ti)O3 박막의 분극피로와 회복의 비대칭적인 현상은 분극피로 현상의 기구를 밝히는 중요한 근거가 되었으며, 본 연구에서는 하부 계면에서의 산소빈자리의 역할로 분극피로 현상을 모형화하였다.식각하기 시작하였으며, 19.5J/cm2에서 유리기판의 rudraus(격벽 두께 130$\mu\textrm{m}$)까지 식각하였다. 대한 정보(RDF)는 명확하게 얻을 수 있었다.nospec과 SEM으로 관찰하였다. 또한 Ge 함량 변화에 따른 morphology 관찰과 변화 관찰을 위하여 AFM, SEM, XRD를 이용하였으며, 이온주입후 열처리 온도에 따른 활성화 정도의 관찰을 위하여 4-point probe와 Hall measurement를 이용하였다. 증착된 다결정 SiGe의 두게를 nanospec과 SEM으로 분석한 결과 Gem이 함량이 적을 때는 높은 온도에서의 증착이 더 빠른 증착속도를 나타내었지만, Ge의 함량이 30% 되었을 때는 온도에 관계없이 일정한 것으로 나타났다. XRD 분석을 한 결과 Peak의 위치가 순수한 Si과 순수한 Ge 사이에 존재하는 것으로 나타났으며, ge 함량이 많아짐에 따라 순수한 Ge쪽으로 옮겨가는 경향을 보였다. SEM, ASFM으로 증착한 다결정 SiGe의 morphology 관찰결과 Ge 함량이 높은 박막의 입계가 다결정 Si의 입계에 비해 훨씬 큰 것으로 나타났으며 근 값도 증가하는 것으로 나타났다. 포유동물 세포에 유전자 발현벡터로써 사용할 수 있음으로 post-genomics시대에 다양한 종류의 단백질 기능연구에 맡은 도움이 되리라 기대한다.다양한 기능을 가진 신소재 제조에 있다. 또한 경제적인 측면에서도 고부가 가치의 제품 개발에 따른 새로운 수요 창출과 수익률 향상, 기존의 기능성 안료를 나노(nano)화하여 나노 입자를 제조, 기존의 기능성 안료에 대한 비용 절감 효과등을 유도 할 수 있다. 역시 기술적인 측면에서도 특수소재 개발에 있어 최적의 나노 입자 제어기술 개발 및 나노입자를 기능성 소재로 사용하여 새로운 제품의 제조와 고압 기상 분사기술의 최적화에