• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2000.07a
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• pp.743-746
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• 2000

Metal-ferroelectric-insulator-semiconductor(MFIS) devices using Pt/$LiNbO_3$/Si structure were successfully fabricated. The dielectric constant of the AIN film calculated from the capacitance in the accumulation region in the capacitance-voltage(C-V) curve was about 8.2. The gate leakage current density of MIS devices using a aluminum electrode showed the least value of 1$\times$$1O^{-8}$A/$cm^2$ order at the electric field of 500kV/cm. The dielectric constant of $LiNbO_3$film on AIN/Si structure was about 23 derived from 1MHz capacitance-voltage (C-V) measurement and the resistivity of the film at the field of 500kV/cm was about 5.6$\times$ $1O^{13}$ $\Omega$.cm.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.22 no.3
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• pp.249-254
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• 2011

A nonthermal plasma reactor in conjunction with a tubular type with a ferroelectric (high-dielectric ceramic) pellet layer was designed and constructed. $SrBiTaO_9$ (SBT) pellets with 2.0 mm in diameter were held within the tube arrangement by two metal mesh electrodes (20 mm separation) connected to a high-voltage AC power supply. The dielectric constant of SBT pellets was 150 at room temperature and 500 at curie temperature ($335^{\circ}C$). The generation rate of ozone in the plasma reactor almost linearly increased with increasing applied voltage. In the case of the plasma reactor packed with SBT pellets the generation rate of ozone sharply increased at the applied voltage more than 20 kV. The ozone generation rate at the negative corona discharge was higher than that of the positive corona discharge. However, the destruction efficiency of toluene and methylene chloride was not increased in proportion to ozone concentration.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.85-85
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• 1999

Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT)는 높은 유전율로 인해 강유전체 메모리 소자의 응용을 위한 연구가 되고 있으며 또한 전왜(electrostrictive)성을 갖고 있어 이력현상을 갖지 않음으로 최근 들어 미세전기기계소자(MEMS)로의 연구가 활발히 되고 있다. 본 연구에서는 MEMS 소자로서의 응용을 위해 저응력 SiNx가 형성된 Si 기판위에 Pt 전극 혹은 산화물 전극 SrRuO3를 갖는 PMN-PT 박막 캐패시터를 제조하였다. 박막 하부의 구조는 금속전극의 경우 Pt/Ti/LTO/SiNx/Si이고 산화물전극은 SrRuO3/Ru/SiNx/Si의 구조를 갖는다. PMN-PT 박막은 alkoxide를 기반으로 회전 coating 방법을 사용하여 박막 하부층의 변화를 주어서 성장시켰다. PMN-PT 용액의 합성은 분말합성법에서 사용하는 columbite 방법을 응용하여 상대적으로 반응정도가 낮은 Mg를 Nb와 우선 반응하여 Mg-Nb solution을 얻고 Pb-acetate 용액과 합성하여 PMN을 제조한 후 PT를 반응시켜서 제조하였다. PMN-PT 박막에서 동일한 공정조건 하에서 박막 하부층의 구조에 따라서 PMN-PT 박막의 조성이 A2B2O6의 조성을 가지는 파이로클러어상이 형성되거나 또는 ABO3인 페로브스카이트상이 형성되는 것을 관찰하였다. 금속 전극인 Pt를 하부전극으로 사용한 경우는 혼재상이 형성되어 패로브스카이드 PMN-PT를 얻기 위해 seed layer로서 PbTiO3를 사용하였으며 이러한 seed layer 위에 형성된 PMN-PT를 형성하는 경우 rutile 구조인 RuO2 위에 성장시킨 PMN-PT는 파이로클로어와 페로브스카이트의 혼재상이 얻어졌으나 pseudo-perovskite 구조인 SrRuO3 박막 위에 형성된 PMN-PT 박막에서는 페로브스카이트가 주된 상으로 얻어졌다. 즉 하부층(전극 또는 seed layer)으로 perovskite 구조를 갖는 박막을 형성하게 되면 페로브스카이트를 갖는 PMN-PT 박막을 얻을 수 있었다. 전기적인 특성은 상부전극으로 Pt를 사용하여 HP 4194A로 측정을 하였다. PT seed layer를 포함한 PMN-PT 박막은 유전상수 1086과 유전손실 2.75%을 가졌다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.11 no.4
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• pp.230-234
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• 2002

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.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.103-103
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• 1999

CeO2 는 cubic 구조의 일종인 CeF2 구조를 가지며 격자 상수가 0.541nm로 Si의 격자 상수 0.543nm와 거의 비슷하여 Si과의 부정합도가 0.35%에 불과하여 CeO2를 Si 기판 위에 에피택셜하게 성장시킬 수 있는 가능성이 크다. 따라서 SOI(Silicon-On-Insulator) 구조의 실현을 위하여 Si 기판위에 CeO2를 에피택셜하게 성장시키려는 많은 노력이 있었다. 또한 CeO2 는 열 적으로 대단히 안정된 물질로서 금속/강유전체/반도체 전계효과 트랜지스터(MFSFET : metal-ferroelectric-semiconductor field effect transistor)에서 ferroelectric 박막과 Si 기판사이에 완충층으로 사용되어 강유전체의 구성 원자와 Si 원자들간의 상호 확산을 방지함으로써 경계면의 특성을 향상시기키 위해 사용된다. e-beam evaporation와 laser ablation에 의한 Si 기판 위의 CeO2 격자 성장에 관한 많은 보고서가 있다. 이 방법들은 대규모 생산 공정에서 사용하기 어려운 반면 RF-magnetron sputtering은 대규모 반도체 공정에 널리 쓰인다. Sputtering에 의한 Si 기판위의 CeO2 막의 성장에 관한 보고서의 수는 매우 적다. 이 논문에서는 Ce target을 사용한 reactive rf-magnetron sputtering에 의해 Si(100) 과 Si(111) 기판위에 성장된 CeO2 의 구조 및 전기적 특성을 보고하고자 한다. 주요한 증착 변수인 증착 power와 증착온도, Seed Layer Time이 성장막의 결정성에 미치는 영향을 XRD(X-Ray Diffractometry) 분석과 TED(Transmission Electron Diffration) 분석에 의해 연구하였고 CeO2 /Si 구조의 C-V(capacitance-voltage)특성을 분석함으로써 증차된 CeO2 막과 실리콘 기판과의 계면 특성을 연구하였다. CeO2 와 Si 사이의 계면을 TEM 측정에 의해 분석하였고, Ce와 O의 화학적 조성비를 RBS에 의해 측정하였다. Si(100) 기판위에 증착된 CeO2 는 $600^{\circ}C$ 낮은 증착률에서 seed layer를 하지 않은 조건에서 CeO2 (200) 방향으로 우선 성장하였으며, Si(111) 기판 위의 CeO2 박막은 40$0^{\circ}C$ 높은 증착률에서 seed layer를 2분이상 한 조건에서 CeO2 (111) 방향으로 우선 성장하였다. TEM 분석에서 CeO2 와 Si 기판사이에서 계면에서 얇은 SiO2층이 형성되었으며, TED 분석은 Si(100) 과 Si(111) 위에 증착한 CeO2 박막이 각각 우선 방향성을 가진 다결정임을 보여주었다. C-V 곡선에서 나타난 Hysteresis는 CeO2 박막과 Si 사이의 결함때문이라고 사료된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.311-311
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• 2010

Aerosol deposition method(ADM)은 상온에서 에어로졸화 된 고상의 원료분말을 노즐을 통해 분사시켜 소결과정을 거치지 않고도 상온에서 고밀도 후막을 제조할 수 있는 공정이다. 이러한 Aerosol deposition method의 장점은 상온에서 고밀도 후막을 제조할 수 있고, 다양한 재료의 코팅이 가능하며, 코팅층의 조성 및 화학 양론비의 제어가 용이하다. 본 연구에서는 많은 장점을 가지고 있는 Aerosol deposition method를 이용하여 높은 유전상수, 압전계수, 초전계수를 갖는 $BaTiO_3$ 분말을 원료로 하여 압전소자, 커패시터, 고전압용 유전체 등에 응용이 가능한 유전체 형성에 관한 연구를 진행하였다. 또한 $BaTiO_3$ 같은 강유전체 세라믹을 이용하여 여러 가지 소자를 제조하는 경우 소자의 미세조직에 따라 물성이 영향을 받는 것으로 확인되어져 있다. 이에 본 연구에서는 세라믹 분말보다 상대적으로 탄성이 큰 polymer 분말 중 높은 유전율을 갖고 압전특성이 있는 Polyvinyl difluoride(PVDF)를 선정하여 $BaTiO_3$ 분말에 첨가하여 동시분사법을 사용해 복합체 후막을 성장시켰고, 또한 금속 분말을 첨가하여 동시분사법을 사용해 복합체 후막을 성장시켰다. 성장된 복합체 후막은 유전율과 유전손실 그리고 leakage current, breakdown voltage, 미세구조 분석 등 다양한 분석이 이루어 졌으며, embedded capacitor 유전체 층으로 응용 가능성을 가늠하였고, 상온에서 제조된 유전체 층의 응용을 위한 최적의 공정조건을 제시하고자 한다.

• Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics A
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• v.33A no.5
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• pp.102-107
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• 1996

Use of a rapid thermal annealing (RTA) technique is shown to improve the properties of metal-ferroelectric BaMgF$_{4}$-silicon structures. The fluoride film was deposited in an ultra-high vacuum system at asubstrate temperature of 300$^{\circ}C$. A post-deposition annelaing was conducted for 10 seconds at 600.deg. C in a vacuum of 0.1 Torr, using a home-made RTA apparatus. The results showed that the resistivity of the ferroelectric BaMgF$_{4}$ film from a typical value of 1-2${\times}10^{11}{\Omega}{\cdot}cm$ before the annealing to about 5${\times}10^{13}{\Omega}{\cdot}cm$ and reduce the interface state density of the BaMgF$_{4}$/Si interface to about 8${\times}10^{10}cm^{2}{\cdot}$eV. Ferroelectric hysteresis measurements using a sawyer-tower circuit yielded remanent polarization and coercive field values of about 0.5$\mu$C/cm$^{2}$ and 80 kV/cm, respectively. the typical remanent polarization of the BaMgF$_{4}$ films ont he (100) and (111) oreientated silicon wafers were 0.5 - 0.6 $\mu$C/cm$^{2}$ and that of th efilms on the (110) wafers was 1.2$^{\circ}C$/cm$^{2}$.

• Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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• v.38 no.12
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• pp.8-13
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• 2001

Cerium oxide ($CeO_2$) thin film has been proposed as a buffer layer between the ferroelectric thin film and the Si substrate in Metal-Ferroelectric-Insulator-Silicon (MFIS) structures for ferroelectric random access memory (FRAM) applications. In this study, $CeO_2$ thin films were etched with $Cl_2$/Ar gas mixture in an inductively coupled plasma (ICP). Etch properties were measured for different gas mixing ratio of $Cl_2$($Cl_2$+Ar) while the other process conditions were fixed at RF power (600 W), dc bias voltage (-200 V), and chamber pressure (15 mTorr). The highest etch rate of $CeO_2$ thin film was 230 ${\AA}$/min and the selectivity of $CeO_2$ to $YMnO_3$ was 1.83 at $Cl_2$($Cl_2$+Ar gas mixing ratio of 0.2. The surface reaction of the etched $CeO_2$ thin films was investigated using x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis. There is a Ce-Cl bonding by chemical reaction between Ce and Cl. The results of secondary ion mass spectrometer (SIMS) analysis were compared with the results of XPS analysis and the Ce-Cl bonding was monitored at 176.15 (a.m.u). These results confirm that Ce atoms of $CeO_2$ thin films react with chlorine and a compound such as CeCl remains on the surface of etched $CeO_2$ thin films. These products can be removed by Ar ion bombardment.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.8 no.4
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• pp.599-604
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• 1998

We have investigated Pt and $RuO_2$ as a bottom electrode for ferroelectric capacitor applications. The bottom electrodes were prepared by using an RF magnetron sputtering method. Some of the investigated parameters were a substrate temperature, gas flow rate, RF power for the film growth, and post annealing effect. The substrate temperature strongly influenced the surface morphology and resistivity of the bottom electrodes as well as the film crystallographic structure. XRD results on Pt films showed a mixed phase of (111) and (200) peak for the substrate temperature ranged from RT to $200^{\circ}C$, and a preferred (111) orientation for $300^{\circ}C$. From the XRD and AFM results, we recommend the substrate temperature of $300^{\circ}C$ and RF power 80W for the Pt bottom electrode growth. With the variation of an oxygen partial pressure from 0 to 50%, we learned that only Ru metal was grown with 0~5% of $O_2$ gas, mixed phase of Ru and $RuO_2$ for $O_ 2$ partial pressure between 10~40%, and a pure $RuO_2$ phase with $O_2$ partial pressure of 50%. This result indicates that a double layer of $RuO_2/Ru$ can be grown in a process with the modulation of gas flow rate. Double layer structure is expected to reduce the fatigue problem while keeping a low electrical resistivity. As post anneal temperature was increased from RT to $700^{\circ}C$, the resistivity of Pt and $RuO_2$ was decreased linearly. This paper presents the optimized process conditions of the bottom electrodes for memory device applications.