Electrical Conduction Mechanism of (Ba, Sr) $TiO_3$ Thin Film Capacitor in Low Electric Field Region

고유전 (Ba, Sr) $TiO_3$ 박막 커패시터의 저전계 영역에서의 전기전도기구

The electrical conduction mechanism of high dielectric $(Ba,Sr)TiO_3$ (BST) thin film capacitor, which is the promising cell capacitor for high density DRAM, was investigated in low field region (<0.2MV/cm). It is known that the current in the low field region consists of dielectric relaxation current and leakage current. The current-time (I-t) measurement technique under the constant voltage was used for extracting successfully each current component. The conduction mechanism of the BST capacitor was deduced from the dependency of the current on the measurement temperature, strength of electric field, the polarity of applied electric field and post annealing process. From these results, it was suggested that the dielectric relaxation current and the leakage current are originated from the redistribution of internally trapped electron by hopping process and Pool-Frenkel conduction mechanism, respectively. It was also concluded that traps causing these two current components are due to oxygen vacancies within the BST film.

High density DRAM의 cell capacitor로 촉망 받고 있는 고유전체 BST박막 커패시터의 저 전계(<0.2MV/cm) 영역에서의 전기전도 현상을 분석하였다. 저 전계 영역에서 Pt/BST/Pt구조의 MIM 커패시터에 일정 전계를 인가한 후 전류를 측정하는 I(t)방법을 이용하여 유전완화전류와 누설전류를 분리해내어 박막의 측정온도 변화, 전계의 크기, 인가방향 변화, 후속 열처리에 따른 BST 박막의 전기전도 기구를 분석하였다. 그 결과, 유전완화전류는 Hoppiong process에 의한 BST박막내부의 trap된 전자들의 이동에 의한 전하재배치로 설명되어지며, 누설전류도 박막내의 trap에 의한 poole-Frenkel process에 의한 것임을 알 수 있었다. 그리고 각 전류성분에 기억하고 있는 trap이 BST박막내의 산호 결핍임을 추정하였다.