Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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제20권4호
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pp.25-30
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2013
Pb-free ferroelectric $(Na_{0.5}Bi_{0.5})TiO_3$ (NBT) thin films were prepared by a modified sol-gel process. Their structural, dielectric and pyroelectric properties were investigated as a function of the excess Na/Bi ratio and the annealing temperature. In the case of thin films containing no excess Na and Bi, only partial amounts of the perovskite NBT were crystallized, where the films consisted mainly of the pyrochlore phase of $Bi_2Ti_2O_7$ for annealing conditions of $600{\sim}800^{\circ}C$. With increasing excess Na/Bi ratio, the proportion of the perovskite phase effectively increased due to the compensation of the volatile Na and Bi components. For a Na/Bi ratio of 2.0, the thin film with single NBT perovskite phase was obtained within XRD detection limit after annealing at $700^{\circ}C$ for 10 min and it showed the excellent dielectric properties, ${\varepsilon}r$ of ~550 and tan ${\delta}$ of 0.03. While these properties were degraded for Na/Bi ratio of 2.5 despite the existence of pure perovskite phase. The NBT thin film with Na/Bi ratio of 2.0 are also promising candidates for applications requiring pyroelectric devices because it was found to have pyroelectric coefficients of $1.3{\sim}7nC/cm^2K$ in the temperature range of $30{\sim}100^{\circ}C$.
Suh Kang Mo;Park Ji Ho;Gong Su Cheol;Chang Ho Jung;Chang Young Chul;Shim Sun Il;Kim Yong Tae
Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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한국마이크로전자및패키징학회 2003년도 기술심포지움 논문집
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pp.221-225
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2003
The MFIS-FET(Field Effect Transistor) devices using $BLT/Y_2O_3$ buffer layer on p-Si(100) substrates were fabricated by the Sol-Gel method and conventional memory processes. The crystal structure, morphologies and electrical properties of prepared devices were investigated by using various measuring techniques. From the C-V(capacitance-voltage) data at 5V, the memory window voltage of the $Pt/BLT/Y_2O_3/si$ structure decreased from 1.4V to 0.6V with increasing the annealing temperature from $700^{\circ}C\;to\;750^{\circ}C$. The drain current (Ic) as a function of gate voltages $(V_G)$ for the $MFIS(Pt/BLT/Y_2O_3/Si(100))-FET$ devices at gate voltages $(V_G)$ of 3V, 4V and 5V, the memory window voltages increased from 0.3V to 0.8V as $V_G$ increased from 3V to 5V.
The sliding wear behavior of Ni-base hardfacing alloy, Deloro 50, was investigated at the contact stresses of 15ksi and 30ksi under the various wear environments. In air at room temperature, Deloro 50 showed lower wear resistance than Stellite 6 even at 15ksi due to the occurrence of severe adhesive wear. This seems to be caused by the lower hardness and work- hardening rate of Deloro 50 than those of Stellite 6. In water at room temperature, Deloro 50 showed as good wear resistance as Stellite 6 at 15ksi. It was considered to be due to that water could effectively prevent metal to metal contact through contacting asperities. However, Deloro 50 showed severe adhesive wear at 30ksi in water at room temperature. It seems to be that the water could not suppress adhesion wear at 30ksi. At $300^{\circ}C$ in air, Deloro 50 exhibited higher wear resistance than Stellite 6 even at 30ksi. It was considered that the oxide glaze layers formed on wear surface during sliding, effectively prevented direct metal-to-metal contacts.
The ferroelectric properties of Pb(Zr,Ti)O$_3$[PZT] films degrade when the films with Pt top electrodes are annealed in hydrogen containing environment. This is due to the reduction activity of atomic hydrogen that is generated by the catalytic activity of the Pt top electrode. At the initial stage of hydrogen annealing, oxygen vacancies are formed by the reduction activity of hydrogen mainly at the vicinity of top Pt/PZT interface, resulting in a shift of P-E (polarization-electric field) hysteresis curve toward the negative electric field direction. As the hydrogen annealing time increases, oxygen vacancies are formed inside the PZT film by the inward diffusion of hydrogen ions, as a result, the polarization degrades significantly and the degree of P-E curve shift decreases gradually. The direction and the magnitude of the remnant polarization in the PZT film affect the motion of hydrogen ions which determines the degradation of polarization characteristics and the shift in the P-E hysteresis curve of the PZT capacitor during hydrogen annealing. When the remnant polarization is formed in the PZT film by applying a pre-poling voltage prior to hydrogen annealing, the direction of the P-E curve shift induced by hydrogen annealing is opposite to the polarity of the pre-poling voltage. The hydrogen-induced degradation behavior of the PZT capacitor is also affected by the internal field that has been generated in the PZT film by the charges located at the top interface prior to hydrogen annealing.
Lead-free ferroelectric ceramics are widely researched today for industrial applications as sensors, actuators and transducers. Since $Pb(Zr_aTi_{1-a})O_3$-(PZT) has high Curie temperature($T_C$), high piezoelectric properties near its morphotropic phase boundary(MPB) composition and small temperature dependence electrical behavior, it has been used to commercial materials for wide temperature range and different application fields. According to the tolerance factor concept, since the $Bi^{3+}$ cation with 12-fold coordinate has a smaller ionic radius than 12-fold coordinate $Pb^{2+}$, most bismuth based perovskites possess a smaller tolerance factor. Therefore, MPBs with a higher $T_C$ may be expected in $Bi(Me^{3+})O_3PbTiO_3$ solid solutions. As in lead based perovskite systems, it is clear that we need to explore more materials in simple or complex bismuth based MPB systems. The objective of this study is to investigate the $Bi(Ni_{1_a}X_a)O_3-PbTiO_3(X=Ti^{4+},\;Nb^{5+})$ perovskite solid-solution. For improving the electronic conduction problem, the magnesium and manganese modified system was also studied.
PZT(53/47) precursor 1M sols were prepared using a diol based Sol-Gel process, and thin films were deposited by spin coating onto Pt/Ti/$SiO_2$/Si substrates. With a single coating, final film thickness of aproximately 0.9${\mu}m $ was achieved from diol-based PZT sol. Since PZT crystallized in a ferroelectric perovskite phase from an intermediate nonferroelectric pyrochlore phase, the effects of the presence of perovskite PZT seeds on the phase transformation of PZT were investigated. Seeded PZT films were prepared from the seeded PZT 1M sols in which seeds with less than 0.2${\mu}m $ in size and 1wt% were dispersed in n-propanol before mixing with the PZT stock solution. The seeding effects were confirmed by the fact that the formation temperature of perovskite phase decreased by 50$^{\circ}C$ with less than 1wt% seeds.
This paper has presented that fringing-electric fields enhanced by a finger-type electrode can improve the tunability of the tunable capacitor. Its top electrodes with different area and line width are designed in types of the finger for a long conducting perimeter. The tunable varactors were fabricated on a quartz substrate employing a multi-layer dielectric of a para/ferro/para-electric thin film. Compared to the conventional capacitor, finger-type capacitors are analyzed in terms of effective capacitance and tunablility. Their effective capacitance and tunability of the varactors with the long perimeter increase 24~40 % and 7~12 %, respectively, due to enhanced fringing electric fields from 1 to 2.5 GHz.
Recent advances in electro-active polymer (EAP) actuators, owing to their flexibility, lightweight, and simple fabrication process, have showcased their high utility across various fields such as soft robotics, biomimetics, wearable devices, and haptic technologies. Moreover, EAP actuators are evolving into smart devices with new functions and characteristics through the integration of functional materials and innovative technologies. This paper categorizes EAPs into ionic EAPs and electronic EAPs. Ionic EAPs include, most notably, ionic polymer-metal composites (IPMCs) and conducting polymers (CPs), while electronic EAPs encompass dielectric elastomer actuators (DEAs), ferroelectric polymer actuators, and the recently introduced hydraulically amplified self-healing electrostatic (HASEL) actuators. Detailed explanations based on the latest research are provided concerning the mechanism, structure, performance improvement strategies, methods for adding functionality, and application areas for each type of actuator.
Single phase $Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3$ ceramics doped by 10 mol% of electron donors such as $La^3,\; Pr^{3+,4+},\; Nd^{3+},\; Sm^{3+}$, were synthesized and their B-site cationic ordering structures were investigated by XRD and TEM. In the XRD patterns, only fundamental reflections were observed for the undoped $Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3$, while the (h/2 $\textsc{k}$/2ι/2)(h,$\textsc{k}$,ι all odd) superlattice reflections resulting from the 1:1 ordering induced unit cell doubling were also observed for the donor-doped $Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3$. In the TEM selected area diffraction patterns, the (h/2 k/2 l/2)(h,k,l all odd) superlattice reflection spots as well as the fundamental reflection spots were observed for all the samples, but the relative intensities of the superlattice reflection spots to the fundamental reflection spots were significantly enhanced by the donor-doping. In the TEM dark-field images, antiphase boundaries were observed only for the donor-doped $Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3$. It was therefore experimentally verified that doping by electron donors such as $La^3,\; Pr^{3+,4+},\; Nd^{3+},\; Sm^{3+}$, enhances the B-site cationic 1:1 ordering in $Pb(Mg_{1/3}Nb_{2/3})O_3$. These experimental results were interpreted in terms of the charge compensation mechanism.
Donghun Lee;Seongmin Jeong;Hak Su Jang;Dongju Ha;Dong Yeol Hyeon;Yu Mi Woo;Changyeon Baek;Min-Ku Lee;Gyoung-Ja Lee;Jung Hwan Park;Kwi-Il Park
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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제37권4호
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pp.427-432
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2024
The polymer crystallization process, promoting the formation of ferroelectric β-phase, is essential for developing polyvinylidene fluoride (PVDF)-based high-performance piezoelectric energy harvesters. However, traditional high-temperature annealing is unsuitable for the manufacture of flexible piezoelectric devices due to the thermal damage to plastic components that occurs during the long processing times. In this study, we investigated the feasibility of introducing a flash lamp annealing that can rapidly induce the β-phase in the PVDF layer while avoiding device damage through selective heating. The flash light-irradiated PVDF films achieved a maximum β-phase content of 76.52% under an applied voltage of 300 V and an on-time of 1.5 ms, a higher fraction than that obtained through thermal annealing. The PVDF-based piezoelectric energy harvester with the optimized irradiation condition generates a stable output voltage of 0.23 V and a current of 102 nA under repeated bendings. These results demonstrate that flash lamp annealing can be an effective process for realizing the mass production of PVDF-based flexible electronics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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