• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2006.11a
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• pp.172-173
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• 2006

Metal-ferroelectric-insulator-semiconductor (MFIS) structures with $Bi_{3.35}La_{0.75}Ti_3O_{12}$ (BLT) ferroelectric film and Zirconium oxide ($ZrO_2$) layer were fabricated on p-type Si(100). $ZrO_2$ and BLT films were prepared by sol-gel technique. Surface morphologies of $ZrO_2$ and BLT film were measured by atomic force microscope (AFM). The electrical characteristics of Au/$ZrO_2$/Si and Au/BLT/$ZrO_2$/Si film were investigated by C-V and I-V measurements. No hysteretic characteristics was observed in the C-V curve of the Au/$ZrO_2$/Si structure. The memory window width m C-V curve of the Au/BLT/$ZrO_2$/Si diode was about 1.3 V for a voltage sweep of ${\pm}5$ V. The leakage current of Au/$ZrO_2$/Si and Au/BLT/$ZrO_2$/Si structures were about $3{\times}10^{-8}$ A at 30 MV/cm and $3{\times}10^{-8}$ A at 3 MV/cm, respectively.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.277-277
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• 2007

$(Bi,La)_4Ti_3O_{12}$ (BLT) 물질은 결정 방향에 따른 강한 이방성의 강유전 특성을 나타낸다. 따라서 BLT 박막을 이용하여 FeRAM 소자 등을 제작하기 위해서는 결정의 방향성을 세심하게 제어하는 것이 매우 중요하다. 현재까지 연구된 BLT 박막의 방향성 조절 결과를 보면, BLT 박막을 스핀 코팅 법 (spin coating method)으로 중착하고, 핵생성 열처리 단계를 조절하여 무작위 방향성 (random orientation)을 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), PLD법 (pulsed laser deposition method) 등과 같은 PVD (physical vapor deposition) 법의 증착방법을 적용하는 것이다. PVD 법으로 증착하는 경우에는 이미 박막 내에 무수한 결정핵이 존재하기 때문에 핵생성 단계가 필요 없게 된다. PVD 증착법의 적용을 위해서는 타겟 (target)의 제조 및 평가 실험이 선행되어야 한다. 그런데 벌크 BLT 재료의 소결공정 조건과 전기적 특성에 관한 연구 결과는 거의 발표 되지 않고 있다. 본 실험에서는 $Bi_2O_3$, $TiO_2$ and $La_2O_3$ 분말을 이용하여 최적의 조성을 구하기 위하여 Bi양을 변화시키며 타겟을 제조 하였다. 혼합된 분말을 하소 후 pallet 형태로 성형하여 소결을 실시하였다. 시편을 1mm 두께로 연마하고, 표면에 silver 전극을 인쇄하여 전기적 특성을 측정하였다. Bi양이 3.28몰 첨가된 조성에서 최대의 잔류분극 (2Pr) 값을 얻었고, 이때의 값은 약 $18{\mu}C/cm^2$ 정도였다. 최적화된 조성 ($Bi_{3.28}La_{0.75}Ti_3O_{12}$)으로 BLT 타겟을 제조하여 PLD법으로 박막을 제조하였다. 박막 제조 시 압력은 $1{\times}10^{-1}\;{\sim}\;1{\times}10^{-4}\;Torr$ 범위에서 변화시켰다. $1{\times}10^{-1}\;Torr$ 압력을 제외하고는 모든 압력에서 BLT 박막이 증착되었다. 중착된 박막을 $650\;{\sim}\;800^{\circ}C$에서 30분간 열처리를 실시하고 전기적 특성을 평가한 결과, $1{\times}10^{-2}\;Torr$에서 증착한 박막에서 양호한 P-V (polarization-voltage) 이력곡선을 얻을 수 있었고, 이때의 잔류분극 (2Pr) 값은 약 $6\;{\mu}C/cm^2$ 이었다. 주사전자현미경 (SEM)을 이용하여 BLT 박막 표면의 미세구조도 관찰하였는데, 스핀코팅 법으로 증착한 경우에 관찰되었던 조대화된 입자들은 관찰되지 않았고, 상당히 양호한 입자 크기 균일도를 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2001.07a
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• pp.186.1-189
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• 2001

Ferroelectric $Bi_{4-x}$La$_{x}$Ti$_3$O$_{12}$ (BLT)thin films with various compositions(x=0.65, 0.70, 0.75) were prepared on Pt//Ti/SiO$_2$/Si(100) substrate by metal-organic deposition. The electrical and structural characteristics of BLT thin films were investigated to develop ferroelectric thin films for capacitor layers of FRAM. After spin coating, thin films were annealed at $650^{\circ}C$ for 1hour in oxygen atomosphere. Scanning electron micrographs showed uniform surfaces composed of rod-like grains. The $Bi_{4-x}$La$_{x}$Ti$_3$O$_{12}$ (x=0.70) thin film capacitors with a Pt top electrode showed better ferroelectric properties than other films. At the applied voltage of 5V, the dielectric constant($\varepsilon$$_{r}$), dissipation factor(tan$\delta$),remanent polarization(2Pr), and coercive field(2Ec) of the $Bi_{4-x}$La$_{x}$Ti$_3$O$_{12}$ (x=0.70)thin films were about 272.54, 0.059, 32.4 $\mu$C/cm$^2$, 2Ec=119.9kV/cm. Also the capacitor did not show any significant fatigue up to 4.8$\times$10$^{10}$ read/write switching cycles.hing cycles.s.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2003.07b
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• pp.624-627
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• 2003

The BLT thin-films were one of the promising ferroelectric materials with a good leakage current and degradation behavior on Pt electrode. The BLT target was sintered at $1100^{\circ}C$ for 4 hours at the air ambient. $Bi_{3.25}La_{0.75}Ti_3O_{12}$ (BLT) thin-film deposited on $Pt/Ti/SIO_2/Si$ wafer by rf magnetron sputtering method. At annealed $700^{\circ}C$, (117) and (006) peaks appeared the high intensity. The hysteresis loop of the BLT thin films showed that the remanent polarization ($2Pr=Pr^+-Pr^-$) was $16uC/cm^2$ and leakage current density was $1.8{\times}10^{-9}A/cm^2$ at 50 kV/cm with coersive electric field when BLT thin-films were annealed at $700^{\circ}C$. Also, the thin film showed fatigue property at least up to $10^{10}$ switching bipolar pulse cycles under 7 V. Therefore, we induce access to optimum fabrication condition of memory device application by rf-magnetron sputtering method in this report.

• Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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• 2002.05a
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• pp.173-176
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• 2002

B $i_{3.3}$L $a_{0.7}$ $Ti_{3}$ $O_{12}$(BLT) 강유전체 박막을 Pt/Ti/ $SiO_2$/Si 기판위에 졸-겔법 (sol-gel method) 으로 스핀코팅하여 Metal-Ferroelectric-Metal(MFM) 구조의 커패시터를 형성하였다. BLT 박막의 결정성은 후속열처리 온도가 증가할수록 향상되었으며 $R_{근}$값은 as~coated된 BLT 박막의 경우 3.8$\AA$를 나타내었으나 열처리 온도를 $700^{\circ}C$로 증가한 경우 12.9$\AA$으로 거칠은 표면형상으로 변화되었다. $650^{\circ}C$로 열처리된 BLT 박막의 잔류분극 2Pr ($\pm$($P^{*}$ -$P^{ ^}$))값은 5V 인가전압에서 약 29.1 $\mu$C/$cm^2$을 나타내었다. 또한 $10^{10}$ 스위칭 cycles 가지 분극 스위칭을 반복한 후에도 뚜렷한 잔류분극의 변화를 발견할 수 없어서 우수한 피로특성을 나타내었다. 3V 전압에서 BLT 박막의 누설전류는 약 2.2$\times$$10^{-8}$ A/$cm^2$를 나타내었다.내었다.었다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2007.07a
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• pp.1321-1322
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• 2007

$Ar/Cl_2$, $Ar/CH_4$ 및 $Ar/Cl_{2}/CH_{4}$ 유도결합 플라즈마의 가스 혼합비에 따른 BLT 박막의 식각 메커니즘과 선택비, 식각 후 박막 표면의 조성변화를 조사하였다. BLT 박막의 최대식각률은 $Ar/Cl_2$ 플라즈마에서의 Ar 가스 혼합비가 80%일 때 50.8 nm의 값을 보였다. 이 때, 1sccm의 $CH_4$ 첨가를 통하여 선택비와 식각률을 개선할 수 있었다. 박막 표면의 xPS 분석을 통해 BLT 박막 표면의 조성변화는 Cl 원자와의 반응에 의한 화학적 식각 손상이 H 원자와의 반응에 의한 그것보다 크다는 것을 알 수 있었다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• v.12 no.6
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• pp.258-261
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• 2011

A ferroelectric $(Bi,La)_4Ti_3O_{12}$ (BLT) thin film fabricated by the pulsed-DC sputtering method was evaluated on a cell structure to check its compatibility to high density ferroelectric random access memory (FeRAM) devices. The BLT composition in the sputtering target was $Bi_{4.8}La_{1.0}Ti_{3.0}O_{12}$. Firstly, a BLT film was deposited on a buried Pt/$IrO_x$/Ir bottom electrode stack with W-plug connected to the transistor in a lower place. Then, the film was finally crystallized at $700^{\circ}C$ for 30 seconds in oxygen ambient. The annealed BLT layer was found to have randomly oriented and small ellipsoidal-shaped grains (long direction: ~100 nm, short direction: ~20 nm). The small and uniform-sized grains with random orientations were considered to be suitable for high density FeRAM devices.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.12 no.1 s.34
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• pp.21-26
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• 2005

The field effect transistors (FETs) were fabricated ell $Y_2O_3/Si(100)$ substrates by the conventional memory processes and sol-gel process using $(Bi,La)Ti_3O_{12}(BLT)$ ferroelectric gate materials. The remnant polarization ($2Pr = Pr^+-Pr^-$) int Pt/BLT/Pt/Si capacitors increased from $22 {\mu}C/cm^2$ to $30{\mu}C/ cm^2$ at 5V as the annealing temperature increased from $700^{\circ}C$ to $750^{\circ}C$. There was no drastic degradation in the polarization values after applying the retention read pulse for $10^{5.5}$ seconds. The capacitance-voltage data of $Pt/BLT/Y_2O_3/Si$ capacitors at 5V input voltage showed that the memory window voltage decreased from 1.4V to 0.6V as the annealing temperature increased from $700^{\circ}C$ to $750^{\circ}C$. The leakage current of the $Pt/BLT/Y_2O_3/Si$ capacitors annealed at $750^{\circ}C$ was about $510^{-8}A/cm^2$ at 5V. From the drain currents versus gate voltages ($V_G$) for $Pt/BLT/Y_2O_3/Si(100)$ FET devices, the memory window voltages increased from 0.3V to 0.8V with increasing tile $V_G$ from 3V to 5V.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.10 no.2
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• pp.7-12
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• 2003

The $Bi_{3.3}La_{0.7}O_{12}$(BLT) capacitors with Metal-Ferroelectric-Insulator-Silicon structure were prepared on $SiO_2/Si$ substrates by using sol-gel method. The BLT thin films annealed at $650^{\circ}C$ and $700^{\circ}C$ showed randomly oriented perovskite crystalline structures. The full with at half maximum (FWHM) of the (117) main peak was decreased from $0.65^{\circ}$ to $0.53^{\circ}$ with increasing the annealing temperature from $650^{\circ}C$ to $700^{\circ}C$, indicating the improvement in the crystalline quality of the film. In addition, the grain size and $R_rms$ , values were increased with increasing the annealing temperatures, showing the rough film surface at higher annealing temperatures. From the capacitance-voltage (C-V) measurements, the memory window voltage of the BLT film annealed at $700^{\circ}C$ was found to be about 0.7 V at an applied voltage of 5 V. The leakage current density of the BLT film annealed at $700^{\circ}C$ was about $3.1{\times}10^{-8}A/cm^2$.

• 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.