• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.99-99
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• 2013

In this talk, I will present two research works in progress, which are: i) mapping of piezoelectric polarization and associated charge density distribution in the heteroepitaxial InGaN/GaN multi-quantum well (MQW) structure of a light emitting diode (LED) by using inline electron holography and ii) in-situ observation of the polarization switching process of an ferroelectric Pb(Zr1-x,Tix)O3 (PZT) thin film capacitor under an applied electric field in transmission electron microscope (TEM). In the first part, I will show that strain as well as total charge density distributions can be mapped quantitatively across all the functional layers constituting a LED, including n-type GaN, InGaN/GaN MQWs, and p-type GaN with sub-nm spatial resolution (~0.8 nm) by using inline electron holography. The experimentally obtained strain maps were verified by comparison with finite element method simulations and confirmed that not only InGaN QWs (2.5 nm in thickness) but also GaN QBs (10 nm in thickness) in the MQW structure are strained complementary to accommodate the lattice misfit strain. Because of this complementary strain of GaN QBs, the strain gradient and also (piezoelectric) polarization gradient across the MQW changes more steeply than expected, resulting in more polarization charge density at the MQW interfaces than the typically expected value from the spontaneous polarization mismatch alone. By quantitative and comparative analysis of the total charge density map with the polarization charge map, we can clarify what extent of the polarization charges are compensated by the electrons supplied from the n-doped GaN QBs. Comparison with the simulated energy band diagrams with various screening parameters show that only 60% of the net polarization charges are compensated by the electrons from the GaN QBs, which results in the internal field of ~2.0 MV cm-1 across each pair of GaN/InGaN of the MQW structure. In the second part of my talk, I will present in-situ observations of the polarization switching process of a planar Ni/PZT/SrRuO3 capacitor using TEM. We observed the preferential, but asymmetric, nucleation and forward growth of switched c-domains at the PZT/electrode interfaces arising from the built-in electric field beneath each interface. The subsequent sideways growth was inhibited by the depolarization field due to the imperfect charge compensation at the counter electrode and preexisting a-domain walls, leading to asymmetric switching. It was found that the preexisting a-domains split into fine a- and c-domains constituting a $90^{\circ}$ stripe domain pattern during the $180^{\circ}$ polarization switching process, revealing that these domains also actively participated in the out-of-plane polarization switching. The real-time observations uncovered the origin of the switching asymmetry and further clarified the importance of charged domain walls and the interfaces with electrodes in the ferroelectric switching processes.

• 한국재료학회지
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• 제10권3호
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• pp.199-203
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• 2000

세라믹 타겟인 Ta$_2$O(sub)5을 장착한 rf-마그네트론 스퍼터를 이용하여 Ta$_2$O(sub)5 완충층을 증착하고, Sr(sub)0.8Bi(sub)2.4Ta$_2$O(sbu)9 용액을 사용하여 MOD 법에 의해 SBT 막을 성장시킨 metal/ferroelectric/insulator/semiconductor (MFIS) 구조인 Pt/SBT/Ta$_2$O(sub)5/Si 구조의 Ta$_2$O(sub)5 완충층 증착시의 $O_2$유량비, Ta$_2$O(sub)5 완충층 두께에 따른 전기적 특성을 조사하였다. 그리고 Ta$_2$O(sub)5 박막의 완충층으로써의 효과를 확인하기 위해 Pt/SBT/Ta$_2$O(sub)5/Si 구조와 Pt/SBT/Si 구조의 전기적 특성을 비교하였다. Ta$_2$O(sub)5 완충층 증착시의 $O_2$유량비가 0%일 때는 전형적인 MFIS 구조의 C-V 특성을 얻지 못하였으며, 20%의 $O_2$유량비일 때 가장 큰 메모리 윈도우 값을 얻었다. 그리고 $O_2$유량비가 40%, 60%로 증가할수록 메모리 윈도우는 감소하였다. Ta$_2$O(sub)5 완충층의 두께의 변화에 대한 C-V 특성에서는 36nm의 Ta$_2$O(sub)5 두께에서 가장 큰 메모리 값을 얻었다. Pt/SBT/Si 구조의 메모리 윈도우 값과 누설전류 특성은 Pt/SBT/Ta$_2$O(sub)5/Si 구조의 값에 비해 크게 떨어졌으며, 따라서 Ta$_2$O(sub)5 막이 우수한 완충층으로써의 역할을 함을 알았다.

• 한국세라믹학회:학술대회논문집
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• 한국세라믹학회 2005년도 국제 전자세라믹 학술회의
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• pp.1-112
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• 2005

본 연구동향보고서는 2005년 6월 12일부터 16일까지 서울에서 개최된 2005년도 국제 전자세라믹 학술회의(International Conference on Electroceramics 2005: ICE-2005)에서 발표된 논문을 중심으로 국내외 전자세라믹 학계의 최신연구동향을 분석한 것이다. ICE-2005는 한국을 포함하여 전 세계 17개국에서 450여명에 달하는 전자세라믹 연구자들이 모여서 최신연구결과를 발표하고 토의하는 국제학술회의였기 때문에, 이곳에서 발표된 논문의 주제와 내용을 수집$\cdot$분석함으로써 국내는 물론 해외의 최신 전자세라믹 연구동향을 파악하고 새로이 각광받는 연구주제들을 손쉽게 파악할 수 있었다. ICE-2005에 제출된 연구 논문에 대한 분석과 더불어서, 전자세라믹 연구에 대한 이해를 돕기 위하여 본 연구동향 보고서의 집필자들에 의해 국내외 학계 전반에 걸친 자료 수집과 설명 또한 함께 이루어졌다. 연구동향에 대한 분석은 정보/전자세라믹(Informatics), 환경 에너지 세라믹(Energy & Environment), 전자세라믹의 제작 공정 및 특성분석(Processing & Characterization), 새로운 연구주제(Emerging Field) 둥 4개의 커다란 범주로 구분하여 이루어졌으며, 그 각각에 대해서 다시 몇 개의 세부적인 연구주제로 분류되어 논의 되었다. 정보전자세라믹 분야에서는 강유전체 및 고유전체, 산화물 및 질화물 반도체, 광전물질, 다층구조 전자세라믹, 고주파용 전자세라믹, 압전체 및 MEMS 등에 대한 동향분석이 이루어졌으며, 압전응용 및 강유전체에 대한 논문이 다수를 차지하는 것으로부터 정보전자 세라믹분야의 세계적인 연구개발 경향을 읽을 수 있었다. 환경 에너지 세라믹 분야에서는 재충전 배터리, 수소저장장치, 연료전지, 신개념 에너지 변환장치 등에 대한 연구논문이 주류를 이루었으며, 최근의 고유가에 의한 에너지 위기에 의하여 연료전지와 에너지 창출 시스템(energy harvesting system), 그리고 열전체를 이용한 발전이 새로이 주목받는 연구 분야임을 알 수 있었다. 전자세라믹의 제작공정 및 특성분석 분야에서는 분역과 스트레인 조절공정, 신개념 제작합성 공정, 나노전자세라믹, 단결정 성장기술, 전자세라믹의 이론 및 모형 연구 등의 분야에 대하여 동향분석을 행하였으며, 국내외 전자세라믹 분야의 연구개발은 최근의 나노 연구유행에 부응한 나노구조 전자세라믹과 이동통신 산업에 필수적인 LTCC 등의 다층구조 전자세라믹 연구에 집중되고 있다고 파악되었다. 그 외에도 나노결정질 전자세라믹, 스마트 센서용 전자세라믹, 생체세라믹 등이 최근 전자세라믹 학회의 주목을 받는 새로운 연구주제들로 떠오르고 있다. 최근 전세계 전자세라믹 학계의 연구동향을 분석한 본 보고서는, 국내 전자세라믹 연구자들에게 선진 연구진의 연구개발 경향에 대한 정보를 제공함은 물론, 과학기술 정책입안에도 주요한 참고자료로 활용될 수 있으리라 기대된다.