Sol-gel 법으로 PLT(28) 박막을 제작하여, 박막의 구조적 및 전기적 특성을 조사하였다. XRD와 AFM 관찰결과, $650^{\circ}C$에서 annealing 된 박막은 완전한 perovskite 구조를 가지며 표면거칠기도 22$\AA$ 으로 양호한 값을 나타내었다. Pt/TiO$_{x}$SiO2/Si 기판위에 PLT(28) 박막을 증착시켜 planar 형태의 캐패시터를 제작하여 전기적 특성을 조사하였다. 그 결과, PLT(28) 박막은 상유전상을 가지며,10kHz에서 비유전률과 유전손실은 761 과 0.024 이었다. 또, 5V에서 전하축적 밀도와 누설전류밀도는 각각 134fC/$\mu$m2 과 1.01 $\mu$A/cm2 이었다. 이로부터, PLT(28) 박막이 차세대 DRAM 용 캐패시터 절연막으로 사용될 수 있는 유망한 재료라고 생각된다.다.
Modulation frequency dependences of the pyroelectric properties of PLT (P $b_{1-x}$ L $a_{x}$$Ti_{1-x}$ 4/ $O_3$) thin films with La concentrations of 5, 10 and 15㏖% have been investigated by using the dynamic method. The PLT thin film with 10㏖% of the La concentration (PLT(10) thin film) shows the most excellent pyroelectric properties among the films. For PLT(10) thin film, the pyroelectric coefficient shows the maximum value of 6.6$\times$10$^{-9}$ C/$\textrm{cm}^2$ㆍK without frequency dependence. The figure of merits for the voltage responsivity and specific detectivity are 1.03$\times$10$^{-11}$ Cㆍcm/J and 1.46$\times$10$^{-9}$ Cㆍcm/J, respectively. Voltage responsivity corresponding to the pyroelectric voltage is almost constant at low modulation frequency and decreases in proportional to frequency at high modulation frequency. Voltage responsivity is 5.15 V/W at 8Hz. Noise equivalent power (NEP) and specific detectivity ( $D^{*}$) of the PLT(10) thin film are 9.93$\times$10$^{-8}$ W/H $z^{1}$2/ and 1.81$\times$10$^{6}$ cmH $z^{1}$2/W at the frequency of 100Hz, respectively. The results indicate that PLT(10) thin film is very suitable for pyroelectric IR sensors.s.s.
The fabricated La-modified lead titanate (PLT) thin flim without paling treatment was investigated for modulation frequency dependence of pyroelectric properties by the dynamic method. $Pb_{1-x}La_{x}Ti_{1-x/4}O_{3}$ PLT (x=0.1) thin film having 10 mol% La content was deposited on a $Pt/TiO_{x}/SiO_{2}/Si$ substrate by sol-gel method. The PLT(10) thin film exhibits a relatively excellent dielectric property. The pyroelectric coefficient (p) of the PLT(10) thin film is $6.6{\times}10^{-9}C/cm_{2}\cdot K$ without frequency dependence. The figure of merits for the voltage responsivity and specific detectivity are $1.03{\times}10^{-11}C\cdot cm/J$ and $1.46\times 10^{-9}C\cdot cm/J$, respectively. The PLT(10) thin film has voltage responsivity (Rv) of 5.15 V/W at 8 Hz. Noise equivalent power (NEP) and specific detectivity (D*) of the PLT(10) thin film are$9.93{\times}10^{-8}W/Hz^{1/2}$ and $1.81\times 10^{6}cmHz^{1/2}/W$ at the same frequency of 100 Hz, respectively. The results means that PLT thin film having 10 mol % La content is suitable for the sensing materials of pyroelectric IR sensors.
The fabricated La-modified lead titanate (PLT) thin flirt without poling treatment was investigated for modulation frequency dependence of pyroelectric properties by the dynamic method. $Pb_{1-x}La_{x}Ti_{1-x/4}O_3$PLT (x=0.1) thin film having 10 mol% La content was deposited on a Pt/$TiO_{x}$/$SiO_2$/Si substrate by sol-gel method. The PLT(10) thin film exhibits a relatively excellent dielectric property. The pyroelectric coefficient (p) of the PLT(10) thin film is 6.6 x $10^{-9}$C/$\textrm{cm}^2$.K without frequency dependence. The figure of merits for the voltage responsivity and specific detectivity are 1.03${\times}$$10^{-11}$/C.cm/J and 1.46 x $10^{-9}$C.cm/J, respectively. The PLT(10) thin film has voltage responsivity ($R_{V}$) of 5.15 V/W at 8 Hz. Noise equivalent power (NEP) and specific detectivity (D*) of the PLT(10) thin film are 9.93 x $10^{-8}$W/Hz$^{1/2}$ and 1.81 x $10^{6}$ cmHz$^{1/2}$/W at the same frequency of 100 Hz, respectively. The results means that PLT thin film having 10 mol % La content is suitable for the sensing materials of pyroelectric IR sensors.
분극처리 없이 제작한 lanthanum-modified lead titanate (PLT) 박막의 초전특성에 대한 변조 주파수 의존성을 dynamic method를 이용하여 조사하였다. La이 10mo1% 첨가된 Pb/sub l-x/La/sub x/Ti/sub l-x/4/O₃ (h=0.1) (PLT(10)) 박막을 Pt/TiO/sub x//SiO₂/Si 기판위에 acetate 계 precursor 을 이용한 sol-gel 법으로 제작하였다. 제작된 PLT(10) 박막은 비교적 우수한 유전특성을 보였다. 초전계수 (p) 는 주파수 의존성이 없이 6.6×10/sup -9/ C/㎠·K 을 나타내었다. 이를 이용하여 구한 전압감도와 비검출능을 위한 재료평가지수는 각각 1.03×10/sup -11/ C·㎝/J 과 1.46×10/sup -9/C·㎝/J 로 나타났다. 제작된 PLT(10) 박막 초전형 적외선 센서는 주파수 8Hz 에서 5.15v/w 의 전압감도 (Rv)를 가지며, 잡음등가전력 (NEP) 과 비검출능 (D/sup */) 은 동일한 주파수 100Hz 에서 각각 9.93×10/sup -8/W/Hz/sup 1/2/와 1.81×10/sup 6/cm·Hz/sup 1/2//W 의 최소값과 최대값을 나타내었다. 이와 같은 특성들은 PLT(10) 박막이 초전형 적외선 센서의 감지물질로 매우 적합함을 나타낸 것이다.
초전재료의 개발 및 박막화를 위하여 5, 10 및 15 mol%의 La 조성을 가지는 세라믹 PLT 시편 및 박막 PLT를 제조하여 그 특성을 분석하였다. PLT의 완전 소결과 Pb 성분의 휘발을 막기 위하여 TG/DTA를 사용하여 하소 및 소결온도를 결정하였다. PLT 세라믹 시편을 제조하기 위한 하소 및 소결온도는 각각 $850^{\circ}C$, $1150^{\circ}C$ 이고 더 높은 소결온도에서는 많은 질량 손실이 발생하였다. 세라믹 시편을 사용한 온도-유전율 특성의 측정으로 La 조성에 따른 PLT의 온도에 대한 유전특성을 조사하였다. 5, 10 및 15 mol%의 La 농도에 따라 PLT의 상전이점은 각각 $330^{\circ}C$, $269^{\circ}C$ 및 $210^{\circ}C$를 나타내었다. 제조된 PLT 시편을 사용하여 적외선 감지 특성을 확인하였고, 고주파 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 PLT 박막을 증착하였다. 다음으로 격자상수 및 광투과 특성을 통하여 완전 소결된 PLT 타겟으로 제작한 PLT 박막은 타겟과 동일한 구조를 가지고 있음을 확인하였다.
Sol-gel 법을 이용하여 Pt/TiO/sub x/SiO₂/Si 기판 위에 3.14×10/sup -4/㎠ 의 상부전극 면적을 갖는 PLT(5) 박막을 제작하여 스위칭 및 retention 특성에 대해 연구하였다. 4V 에서 3.56×10/sup -7/A/㎠의 누설전류밀도 값을 갖는 우수한 PLT(5) 박막에 펄스전압을 2V 에서 5V 까지 인가하였다. 펄스전압 증가에 따라 스위칭 시간은 0.52㎲ 에서부터 0.14㎲ 까지 감소하는 경향을 나타냈으며, 부하저항을 50Ω 에서 3.3Ω 으로 증가시킴에 따라 스위칭 시간이 0.14㎲에서 13.7㎲ 로 증가하는 것이 관찰되었다. 인가된 펄스 전압에 대한 스위칭 시간의 관계로부터 구한 활성화 에너지(Ea) 는 135kV/cm 이었다. PLT(5) 박막의 이력곡선과 분극 스위칭 실험으로부터 구한 switched charge density 사이의 오차는 약 10% 정도로 비교적 잘 일치하였으며, retention 특성은 105s 이후에도 약 8% 정도의 우수한 분극 감소 특성을 나타내었다.
PLZT(10/30/70), PLT(10) 및 PZT(30/70) 와 같은 강유전체 박막의 이력곡선을 field-dependent polarization 모델을 이용하여 시뮬레이션하고, 측정한 실험적 결과와 비교, 분석하였다. PZT(30/70) 박막의 경우, 5V 이상의 인가전압에서 분극의 포화현상이 둔감하게 나타나고 시뮬레이션 값과의 차이도 심해 강유전체 분극이 순수한 dipole 외에도 다양한 전하의 영향을 받아 형성된다는 사실을 알 수 있다. 또, quasi-MFISFET 소자의 드레인 전류는 field-dependent polarization 모델의 강유전체 이력곡선에서 얻은 파라미터를 square-law FET 모델에 적용시켜 효과적으로 추출하였고, 모델링 결과는 실험값과 유사하였다. 그리고, quasi-MFISFET 소자의 gate 에 -10V의 'write' 전압을 인가한 상태에서 PZT(30/70) 박막을 사용한 경우, PLZT(10/30/70), PLT(10) 박막 보다 빨리 채널이 형성되었는데, 그 원인은 강유전체 박막에 따른 retention 특성에서 PZT(30/70) 박막의 분극 감소가 PLZT(10/30/70), PLT(10) 박막의 분극 감소 보다 약 3∼4 배 이상 크다는 점에서 찾을 수 있다.
고주파 마그네트론 스펏터링법으로 MgO 기판위에 제조된 PLT((PbLa)$TiO_{3}$) 박막의 제조변수에 따른 특성을 조사하였다. PbO 과잉인 타겟을 사용하였으며 기판온도, 분위기압, $Ar/O_{2}$, 및 고주파 전력밀도가 각각 $640^{\circ}C$, 10 mTorr, 10/1, 및 $1.7\;W/cm^{2}$ 일 때 가장 좋은 특성을 나타내었다. 이러한 조건에서 제조된 PLT 막은 증착율이 $62.5\;{\AA}/min$, Pb/Ti가 1/2, 비유전율이 200이였으며 좋은 c축 배양성과 결정성을 나타내었다.
본 연구에서는 MDFM (Metal-Dielectric-ferroelectric-Metal) 구조의 강유전체 캐패시터와 수정된 Sawyer-Tower 회로를 접목시켜 강유전체의 이력곡선을 정밀하게 계산하기 위한 모델을 제시하였다. 본 모델은 스위칭 쌍극자 분극의 수학적 표현을 수치적분 알고리즘에 적용하였으며, 강유전체와 하부전극사이에 dielectric 층을 포함시켜 피로특성을 고려할 수 있다. 본 모델의 예측치를 PLT(10) 강유전체 박막의 측정결과와 비교하여 본 모델의 유효성을 입증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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