• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.87-87
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• 1999

본 연구에서는 Pulsed Laser Deposition(이하 PDL)방법을 이용하여 Si기판에 (Ba,Sr)TiO3(이하 BST)박막을 MFS-FET(Metal-Ferroelectric-Semiconductor Field-effect Transistor)구조로 제조하였으며 BST박막의 강유전성이 BST 박막에 유도되는 응력에 어떤 영향을 받는지 살펴보았다. 본 연구에서는 완충막을 사용함으로써 BST박막과 완충막간의 격자부정합을 이용하여 BST박막에 강유전성을 유도하려고 하였다. 또한 MFS-FET구조의 BST박막에 유도되는 응력조절을 위하여 BST박막과 완충막의 두께를 변화하였으며 XRD를 통한 구조 분석 및 C-V test를 통한 전기적 특성을 관찰을 하였다. PLD법을 통해서 epitaxial 성장된 BST 박막에서는 Si에 epitaxial 성장된 완충막과의 격자부정합에 의한 BST박막내의 자발분극의 발생이 예상된다. 따라서, 본 연구는 강유전체의 자발분극에 의하여 발생되는 C-V 이력현상이 BST박막과 완충막과의 격자부정합에 의한 응력에 의해 발생될 것으로 예상하여, BST 박막에 유도되는 응력과 C-V 이력현상의 관계를 통하여 상온에서 상유전성을 갖는 BST가 응력에 의하여 어느 정도의 강유전성을 나타내는지를 밝히기 위해 진행되었다. 본 연구에서 사용된 완충막은 YSZ(Yttria Stabilized Zirconia)박막으로 0.4mTorrO2 분위기 하에서 600~80$0^{\circ}C$의 온도에서 증착하여 상형성을 살펴보았고 $700^{\circ}C$에서 epitaxial 성장을 확인하였으며 두께는 30~$\AA$으로 변화하였다. 또한 BST박막은 완충막과의 전압분배를 고려해 300~2000$\AA$으로 두께를 변화를 시키며 증착하였다. MFS 구조에서 Al 전극을 사용하여 완충막과 BST박막간의 두께 변화에 따른 Capacitance - Voltage(C-V) 측정을 하였으며 이를 통하여 강유전상의 특성인 C-V 이력현상을 관찰하였다. 그 결과 YSZ 박막에서는 C-V 이력현상이 나타나지 않았으며 BST 박막에서는 약 1.2V의 C-V이력현상이 보였다.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.8 no.2
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• pp.221-226
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• 1998

Amorphous (Ba, Sr)$TiO_3$[BST] layer(30, 70 nm) was introduced between crystalline BST and $RuO_2$electrode to realize double-layered BST structure in order to improve the properties of BST film. The structure and surface morphology of double-layered BST film were modified by the application of amorphous BST layer; that is, surface became smoother and grain size increased abruptly. Amorphous layer thicker than 30 nm was effective to hinder the influence of $RuO_2$surface on the structure of as-grown BST films by in-situ process. Dielectric constant of double-layered BST film was improved dramatically from 152 to 340 and leakage current was lowered from $1.25{\times}10^{-5}A/{\textrm}{cm}^2);to;6.85{\times}10^{-7}A/{\textrm}{cm}^2$, respectively.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.69-69
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• 2000

(Ba, Sr)TiO3 (BST)[1-3] 박막은 유전상수가 크고 고주파에서도 유전특성 저하가 적기 때문에 ULSI DRAM(Dynamic Random Access Memory)에 응용 가능한 물질로 최근 각광을 받고 있다. 하지만, 아직 BST 박막을 DRSM에 바로 적용하기 위해선 몇 가지 문제점이 있다. 그 중 누설전류 문제는 디바이스 응용시 매우 중요한 요소이다. 특히, DRAM에서 refresh time와 직접적인 관련이 있어 디바이스 내의 신뢰도 및 전력소모를 결정하는 주된 인자가 된다. 지금까지, BST 박막의 인가전업, 온도, 그리고 전극물질에 따른 누설전류 현상들이 고찰되었고, 이에 관한 많은 전도기구 모델들이 제시되었다. Schottky emission, Poole-Frenkel emission, space charge limited conduction 등이 그 대표적인 예이다. 하지만 아쉽게도 BST 박막의 정확한 누설 전류 전도 기구를 완전히 설명하는데는 아직 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 제작된 BST 커패시터 내의 기본적인 전기적 성질을 조사하고, 정확한 누설전류 기구 규명에 초점을 두고자 한다. 이를 위해 기존의 여러 기구들과 비교 분석할 것이다. 하부전극으로 사용하기 위해 스퍼터링 방법으로 p-Si(100) 기판위에 RuO2 박막을 약 120nm 증착하였다. 증착전의 chamberso의 초기압력은 5$\times$10-6 Torr이하의 압력으로 유지시켰다. Ar/O2의 비는 이전 실험에서 최적화된 9/1로 하였다. BST 박막 증착 시 5분간 pre-sputtering을 실시한 후 하부전극 기판위에 BST 박막을 증착하였다. 증착이 끝난 후 시편을 상온까지 냉각시킨 후 꺼내었다. 전기적 특성을 측정하기 상부전극으로 RuO2와 Al 박막을 각각 상온에서 100nm 증착하였다. 이때 hole mask를 이용하여 반경이 140um인 원형의 상부전극을 증착하였다. BST 박막의 증착온도가 증가하고 Ar/O2 비가 감소할수록 제작된 BST-커패시터의 전기적 성질이 우수하였다. 증착온도 $600^{\circ}C$, ASr/O2=5/5에서 증착된 막의 누설전류는 4.56$\times$10-8 A/cm2, 유전상수는 600 정도의 값을 나타내었다. 인가전압에 따른 BST 커패시터의 transition-current는 Curie-von Schweider 모델을 따랐다. BST 박막의 누설전류 전도기구는 기존의 Schottky 모델이 아니라 modified-Schottky 무델로 잘 설명되었다. Modified-Schottky 모델을 통해 BST 박막의 광학적 유전율 $\varepsilon$$\infty$=4.9, 이동도 $\mu$=0.019 cm2/V-s, 장벽 높이 $\psi$b=0.79 eV를 구하였다.

• Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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• v.4 no.2
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• pp.47-54
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• 1997

Pt/SiO2/Si을 기판으로 사용하고 RF 마그네트론 스퍼터링에 의한 (Ba, Sr)TiO3 (BST) 씨앗층을 약 10nm 정도의 두께로 입힌 다음 그 상부에 화학 기상증착법으로 BST를 증착하여 BST seed layer가 CVD BST 박막의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 또한 급 속열처리가 BST 박막과 커패시터의 특성에 미치는 영향도 조사하였다. Seed layer와 급속 열처리에 의해 박막의 결정성이 향상되었으며 이로인해 유전상수가 증가되었고 주파수에 대 한 유전특성도 개선되었다. Seed layer를 도입함으로써 BST 박막과 Pt 하부전극 사이의 계 면에 존재하고 있는 산소부족\ulcorner이 사라짐을 확인할수 있었으며 이로 인해 Pt/BST/Pt 커\ulcorner 시터의 누설전류가 감소하였다. 또한 급속 열처리에 의해 BST/Pt 계면에서 트랩된 전자의 농도가 감소함으로써 누설전류 특성이 개선됨을 알수 있었다. Seed layer 위에 증착된 CVD BST 박막의 유전상수는 증착온도가 증가함에 따라 증가하였으나 누설전류도 같이 증가하 였다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.34 no.8
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• pp.803-810
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• 1997

Ba0.5Sr0.5TiO3 thin films were deposited by RF magnetron sputliring method in order to clarify the anneal condition and doping effect on loakage current Nb and Al were selected as electron donor and acceptor dopants respectively, in the BST films because they have been known to have nearly same ionic radii as Ti and thought to substitute Ti sites to influence the charge carrier and the acceptor state adjacent to the gram boundary. BST thin films prepared in-situ at elevated temperature showed selatively high leakage current density and low breakdown voltage. In order to achieve smooth surface and to improve electrical properties, BST thin films were deposited at room temperature and annealed at elevated temperature. Post-annealed BST thin films showed smoother surface morphology and lower leakage current density than in-situ prepared thin films. The leakage current density of Al doped thin films was measured to be around 10-8A/cm2, which is much lower than those of undoped and Nb doped BST films. The result clearly demonstrates that higher Schottky barrier and lower mobile charge carrier concentration achieved by annealing in the oxygen atmosphere and by Al doping are desirable for reducing leakage current density in BST thin films.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.40 no.2
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• pp.198-205
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• 2003

$Ba_{0.66}Sr_{0.34}TiO_3$ thin films and seed-layers were deposited on $Pt/Ti/SiO_2/Si$substrate by R.F. magnetron sputtering method. Effects of various substrate temperature conditions on electrical properties (such as capacitance and leakage current) of BST thin films were studied. The effect of seed-layer was also studied. When seed-layer was inserted between BST and Pt, the crystallization of the BST thin films was considerably improved and the processing temperature was lowered. Compared to the pure BST thin films, dielectric constant, dielectric loss, and leakage current of BST thin films deposited on the seed-layer were considerably improved. It could be revealed that electrical properties are influenced by the substrate temperatures of BST thin films and are enhanced by the seed-layer.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.36 no.4
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• pp.403-409
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• 1999

The dielectric and pyroelectric properties of $Ba_{0.66}$$Sr_{0.38}$$TiO_{3}$(BST) thin films growtn on Pt/Ti/NON/Si us-ing RF magnetron sputtering have been investigated. With increasing the substrate temperature during de-position of the BST film in the range of 300-$600^{\circ}C$ the dielectric and pyroelectric constants of the film were increased due to improved crystallinity of the film. In addition the dependence of the microstructural and electrical properties of BST films onthe deposition temperature of the bottom Pt electrode was studied. The preferred orientation of the BST films as well as the microstructure of the Pt film was greatly in-fluenced by the deposition temperature of the bottom Pt electrode was studied. The preferred orientation of the BSt films as well as the microstructure of the Pt film was greatly in-fluenced by the deposition temperature of the bottom Pt electrodes. and thus so were the pyrolelectric pro-perties of the BST film. The highest value of pyroelectric coefficient at room temperature obtained in this work was $nCcm^{-2}K^{-1}$ which is much higher than those previously reported on other perovskite fer-roelectric thin films.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.6 no.5
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• pp.696-702
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• 2002

The BST $({Bal-xSrxTiO_3})$ (50/50) thin film has been grown by RF magnetron reactive sputtering and its characteristics such as crystallization, surface roughness, and electrical properties have been investigated with varying the film thickness. The crystallization and surface roughness of BST thin film are investigated by using XRD and AFM, respectively. The BST thin film annealed at $800^{\circ}C$ for 2 min has pure perovskite structure and good surface roughness of 16.1$\AA$. As the film thickness increases from 80 nm to 240 nm, the dielectric constant at 10 KHz increases from 199 to 265 and the leakage current density at 250 ㎸/cm decreases from $0.779 {\mu}A/{cm^2} to 0.184 {\mu}A/{cm^2}$. In the case of 240 nm-thick BST thin film, the charge storage density and leakage current density at 5V are 50.5 fC/${{\mu}m^2} and 0.182 {\mu}A/{cm^2}$, respectively. The values indicate that the BST thin film is a very useful dielectric material for the DRAM capacitor.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.8 no.3
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• pp.407-410
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• 1998

The characteristics of $(Ba,Sr)TiO_3$[BST] thin films with the variation of $O_2/Ar$ ratio in sputtering gas deposited on $RuO_2$ bottom electrode were investigated. Dielectric constant of BST film increases from 135 to 190 with increasing oxygen partial pressure from 10 to 50, which is mainly due to the improved crystallinity of BST film. The instability of $RuO_2$ surface in $BST/RuO_2$ interface and the increase in the surface roughness of BST thin films with higher $O_2/Ar$ ratio appeared to play an important roles on the degradation of the leakage current characteristics of $Al/BST/RuO_2$ capacitor with various $O_2/Ar$ ratio in sputtering gas. As a consequence, the leakage current of BST thin film showed the lowest value of $1.9{\times}10^{-7}\; A/{\textrm}{cm}^2$ at $O_2/Ar{\approx}1/9$.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.5 no.5
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• pp.518-524
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• 1995

BST 박막을 Pt/Si$O_{2}$/Si 기판위에 co-sputtering 방법으로 형성할 때 열처리 조건이 BST 박막의 결정성과 전기적 특성에 미치는 영향에 관하여 연구하였다. BST 박막의 특성은 급속 열처리나 관상로 열처리과 같은 후열처리 온도보다 증착시의 기판온도에 따라서 민감하게 변화하였고, 기판 온도를 55$0^{\circ}C$로 하여 증착할대 Perovskite상이 가장 안정적으로 성장하여 유전율 1100, 유전손실계수 0.02로 우수한 유전특성을 나타내는 막을 형성할 수 있었다. BST 박막은 기판온도를 증가하면 정합에너지와 표면에너지를 최소로하는 (111) 방향으로 우선방위를 나타내었고 결정립의 조대화 현상으로 누설전류가 증가하였다.