Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.23
no.12
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pp.942-948
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2010
In this study we aims to examine the effects of 0.5 mol% $Cr_2O_3$ addition on the reaction, microstructure development, resultant electrical properties, and especially the bulk trap and interface state levels of ZnO-$Bi_2O_3-Sb_2O_3$ (Sb/Bi=0.5, 1.0, and 2.0) systems (ZBS). The samples were prepared by conventional ceramic process, and characterized by XRD, density, SEM, I-V, impedance and modulus spectroscopy (IS & MS) measurement. The sintering and electrical properties of Cr-doped ZBS (ZBSCr) systems were controlled by Sb/Bi ratio. Pyrochlore ($Zn_2Bi_3Sb_3O_{14}$) was decomposed more than $100^{\circ}C$ lowered on heating in ZBS (Sb/Bi=1.0) by Cr doping. The densification of ZBSCr (Sb/Bi=0.5) system was retarded to $800^{\circ}C$ by unknown Bi-rich phase produced at $700^{\circ}C$. Pyrochlore on cooling was reproduced in all systems. And $Zn_7Sb_2O_{12}$ spinel ($\alpha$-polymorph) and $\delta-Bi_2O_3$ phase were formed by Cr doping. In ZBSCr, the varistor characteristics were not improved drastically (non-linear coefficient $\alpha$ = 7~12) and independent on microstructure according to Sb/Bi ratio. Doping of $Cr_2O_3$ to ZBS seemed to form $Zn_i^{..}$(0.16 eV) and $V^{\bullet}_o$ (0.33 eV) as dominant defects. From IS & MS, especially the grain boundaries of Sb/Bi=0.5 systems were divided into two types, i.e. sensitive to oxygen and thus electrically active one (1.1 eV) and electrically inactive intergranular one (0.95 eV) with temperature.
$Pb(Fe_{0.5}Nb_{0.5}O_3(PFN)$ thin films were prepared by rf magnetron co-sputtering method on $SiO_2/Si$, ITO/glass, and $Pt/Ti/SiO_2/Si$ substrates and post-annealed at the $N_2$ atmosphere by RTA(rapid thermal annerling). The degree of crystallinity of PFN films was identified on various substrates. Electrical properties of PFN films was characterized for $Pt/PFN/Pt/Ti/SiO_2/Si$ structure. The composition of PFN films was estimated by EPMA (electron probe micro analysis). PFN films would be crystallized better to perovskite phase on ITO/glass substrate than $SiO_2/Si$ substrate. This may be induced by the deformation of Pb deficient pyrochlore phase due to Pb diffusion into $SiO_2/Si$ substrate. PFN films on $Pt/Ti/SiO_2/Si$ substrate. PFN films with 5-10% Pb excess were crystallized to perovskite phase from $500^{\circ}C$ temperature. In summary, we show that Pb composition and annealing temperature were critically influenced on crystallinity to perovskite phase. When PFN film with 17% Pb excess was annealed at $600^{\circ}C$ at the $N_2$ atmosphere for 300kV/cm and 88. Its remnant polarization coercive field $2.0 MC/cm^2$ and 144kV/cm, respectively.
PZT films without lower electrode were deposited on the highly doped Si(100) substrate with MgO buffer layer (Mgo/si) by RF magnetron sputtering method followed by the rapid thermal annealing at $650^{\circ}C$ . We investigated the dependences of the crystalline and electrical properties on the MgO thickness and the RTA post annealing. The PZT films on bare Si (without MgO) showed pyrochlore crystal structure while those on MgO(50 )/Si substrates showed the typical perovskite crystal structures. From SEM and AES analysis, the thickness of PZT films was about 7000 showing relatively smooth interface. The depth profiles indicated that atomic species were distributed homogeneously in the PZT/MgO/Si substrate. The dielectric constant($\varepsilon_{r}$ ) and remanent polarization(2Pr) were about 300 and $14\mu$C/$\textrm{cm}^2$;, respectively. The leakage current was about $3.2\mu$/A$\textrm{cm}^2$.
We fabricated PLT thin films on ITO substrate for flat pannel display and investigated the characteristics, then we applicated to electroluminescent device and investigated application possibility. When we fabricated PLT thin films with substrate temperature of $500^{\circ}C$, and pressure of 30 mTorr, the relative deielectric constant and breakdown electricfield of PLT thin films were 120 and 3.2MV/cm. The electric resistivity was $2.0{\times}10^{12}{\Omega}{\cdot}cm$. PLT thin films had polycrystal structure of perovskite and pyrochlore at the higher substrate temperature than $450^{\circ}C$, and had good crystallinity at higher pressure. To use PLT insulator film and ZnS:Mn phosphor, we fabricated thin film electroluminescent device of ITO/PLT/ZnS:Mn/PLT/Al structure. At the result, threshold voltage was $35.2V_{rms}$ and brightness was $2400cd/m^{2}$ at $50V_{rms}$ and 1kHz. Maximum luminescence efficiency was 0.811m/W.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.25
no.11
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pp.878-885
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2012
In this study we aims to examine the co-doping effects of 1/3 mol% $Mn_3O_4+Co_3O_4$ (1:1) on the reaction, microstructure, and electrical properties such as the bulk defects and grain boundary properties of $ZnO-Bi_2O_3-Sb_2O_3$ (ZBS; Sb/Bi=0.5, 1.0, and 2.0) varistors. The sintering and electrical properties of Mn,Co-doped ZBS, ZBS(MCo) varistors were controlled by Sb/Bi ratio. Pyrochlore ($Zn_2Bi_3Sb_3O_{14}$) was decomposed and promoted densification at lower temperature on heating in Sb/Bi=1.0 by Mn rather than Co. Pyrochlore on cooling was reproduced in all systems however, spinel (${\alpha}$- or ${\beta}$-polymorph) did not formed in Sb/Bi=0.5. More homogeneous microstructure was obtained in $Sb/Bi{\geq}1.0$ In ZBS(MCo), the varistor characteristics were improved drastically (non-linear coefficient, ${\alpha}$=30~49), and seemed to form $Zn_i^{..}$(0.17 eV) and $V_o^{\bullet}$(0.33 eV) as dominant defects. From impedance and modulus spectroscopy (IS & MS), the grain boundaries have divided into two types, i.e. the one is tentatively assign to $ZnO/Bi_2O_3(Mn,Co)/ZnO$ (0.47 eV) and the other ZnO/ZnO (0.80~0.89 eV) homojunctions.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.49
no.3
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pp.156-156
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2000
The piezoelectric properties and the doping effect for $0.95Pb(Zr_xTi_{l-x})O_3+0.O5Pb(Mn_{1/3}Nb_{2/3})O_3$compositions were studied. Also, the heat generation and the change of electromechanical characteristics, the important problem in practical usage, were investigated under high electric field driving. As a experiment results under low electric field, the value of $k_p$ and ${\varepsilon}_{33}^T$ were maximized, but $Q_m$ was minimized $(k_p=0.57, Q_m=1550)$ in the composition of x=0.51. In order to increase the values of $Q_m$, $Nb_2O_5$ was used as a dopant. As the result of that, the grain size was suppressed and the uniformity of grain was improved. Also, the values of $k_p$ decreased, and the values of $Q_m$ increased with doping concentration of $Nb_2O_5$ . As a experiment results under high electric field driving, when vibration velocity was ower than 0.6[m/s], the temperature increase was 20[℃], and the change ratio of mechanical quality factor was less than 10[%]. So, its electromechanical characteristics was very stable. Conclusively, piezoelectric ceramic composition investigated at this paper is suitable for application to high power piezoelectric devices.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2009.06a
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pp.230-231
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2009
펄스 레이저 층착법 (이하 PLD)은 다성분계 산화물 박막 또는 다층구조의 박막 제작에 매우 유용한 기술이다. 본 실험에서는 KrF 엑시머 레이저를 이용하여 pt on Si 기판 위에 150nm 두께의 $Bi_{1.5}ZnNb_{1.5}O_7$(이하 BZN) 박막을 다양한 기판온도에서 제작하였다. XRD를 이용하여 BZN 박막의 구조적 특성을 분석하였고, 박막을 MIM 구조로 제작하여 유정적 특성을 측정하였다. 제조한 BZN 박막은 $500^{\circ}C$ 이상에서 결정질을, $500^{\circ}C$ 이하의 온도에서는 비정질 특성을 보였다. 유전 특성은 100 - 400$^{\circ}C$ 영역에서는 온도가 증가함에 따라 졸은 특성을 나타내었고, $500^{\circ}C$에서부터는 감소하였다. 증착 온도 $400^{\circ}C$에서 제작한 BZN 박막이 유전상수가 67.8, 유전 손실이 0.006으로 가장 줄은 유전특성을 나타내었다.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2003.03a
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pp.211-211
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2003
PbTiO$_3$ 씨앗층을 이용하여 완화형 강유전체 Pb(Mg$_{1}$3/Ta$_{2}$3/)O$_3$ (PMT) 박막의 페로브스카이트 상안정화와 열처리 조건에 따른 미세구조변화, 이에 따른 전기적 특성 변화에 관하여 조사하였다. PbTiO$_3$ 박막을 스핀코팅법으로 3000 rpm에서 20초간(111) 방향으로 배향된 Pt / Ti / SiO$_2$/ Si 기판에 증착하여 안정화된 페로브스카이트 박막을 얻었다. 이렇게 제조된 PbTiO$_3$를 Buffer 층으로 사용하고 그 위에 Pb(Mg$_{1}$3/Ta$_{2}$3/)O$_3$를 박막을 Spin coating방법으로 증착한 후, 급속열처리 방법(RTA)으로 550- $650^{\circ}C$ 사이에서 열처리하였다. 제조된 박막의 열처리 온도에 따른 미세구조 변화와 결정성을 XRD, SEM, TEM으로 분석하였고 박막의 저온 강유전 특성을 RT66A를 이용하여 평가하였다. Pb(Mg$_{1}$3/Ta$_{2}$3/)O$_3$ 박막의 경우 씨앗층이 없는 경우에는 pyrochlore상이 주상이었지만 씨앗층을 사용한 경우 페로브스카이트 상이 주상임을 확인하였고 열처리 온도가 증가할수록 페로브스카이트상의 상대적 양이 증가함을 확인하였다. 미세구조와 상의 변화에 따른 전기적 특성 변화에 관하여 자세하게 논의할 것이다.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2003.11a
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pp.125-125
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2003
PZT(Pb(Zr,Ti)O3)는 우수한 강유전 특성을 가지기 때문에 FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) 소자에 응용하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 스퍼터에 의해 증착된 PZT는 처음에 pyrochlore상으로 존재하다가 후 열처리를 통해 이력 특성을 나타내는 perovskite상으로 천이된다. 일반적인 furnace열처리 방법은 고온에서의 장시간 열처리가 요구되고 Pb-loss현상이나 TiO2와 같은 이차상의 생성 그리고 하부 Pt전극의 roughness증가 및 crack과 같은 문제점이 있다. 최근 들어 후 열처리를 RTA로 이용하는 연구가 진행되고 있는데 이는 열처리 시간이 짧기 때문에 위와 같은 문제점을 개선할 수 있었다. 하지만 RTA방법 또한 어느 정도의 thermal budget이 존재하고 추가적 장비가 필요하며 기판의 전체적 가열공정이므로 다른 CMOS공정과 compatibility가 떨어진다. 따라서 본 실험에서는 위와 같은 문제를 해결하고자 노력을 집중하였고 이를 위한 새로운 열처리 방법을 개발하였다. 즉 Pt 하부전극에 전압(전류)을 인가하여 순간적으로 고온으로 결정화시키는 새로운 공정을 모색하였는데 이와 같은 방법은 열처리를 위한 추가적인 장비가 필요없고 국부적으로 순간적인 가열이기 때문에 glass기판에도 적합하며 RTA보다 승온시간 및 열처리 시간이 짧기 때문에 thermal budget도 줄일 수 있었다.
In this study, we have analyzed structural analysis and measured ferroelectric characteristics of PZT thin films prepared by sol gel process with different sintering conditions and different Zr/Ti mot%. When the Zr mot% of PZT thin film was increased, it was found that the remanent. polarization and coercive field were decreased and increased, respectively. Also, the maxium dielectric constant of PZT(50/50) thin film was 786.8. We got double hysteresis(anti-fcrroelectric) curve from PbZrO$_{3}$ thin film. As heating rate goes up, pyrochlore phase of PZT thin film was decreased and dielectric and ferroelectric characteristics were improved. As a result of variation of sintering temperature and time 500.deg. C-800.deg. C and 5 sec.-8 hours, respectively, we got optimal sintering temperature and time. The optimium sintering temperature and time of conventional furnace method and rapid thermal processing method were 650.deg. C-700.deg. C for 30-60 minutes and 700.deg. C/20 seconds-2 minutes, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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