Abstract
We have investigated the crystal structure and electrical properties of Pt/SBT/$ZrO_2$/Si (MFIS) and Pt/SBT/Si (MFS) structures for the gate oxide of ferroelectric memory. XRD spectra and SEM showed that the SBT film of SBT/$ZrO_2$/Si structure had larger grain than that of SBT/Si structure. $ZrO_2$ film between SBT film and Si substrate is confirmed as a good candidate for a diffusion barrier by the analysis of AES. The remanent polarization decreased and coercive voltage increased in Pt/SBT/$ZrO_2$/Pt/$SiO_2$/Si structure. This effect may increase memory window of MFIS structure directly related to the coercive voltage. From the capacitance-volt-age characteristics, the memory windows of Pt/SBT (210 nm)/$ZrO_2$ (28 nm)/Si structure were in the range of 1~l.5 V at the applied voltage of 4~6 V. The current densities of Pt/SBT/ZrO$_2$/Si with as -deposited Pt electrode and annealed at $800^{\circ}C$ in $O_2$ambient were $8\times10^{-8} A/\textrm{cm}^2$ and $4\times10^{-8}A/\textrm{cm}^2$ , respectively.
본 연구에서는 강유전체 박막을 게이트 산화물로 사용한 $Pt/Sr_{0.8}Bi_{2.4}Ta_2O_{9}(SBT)/ZrO_2Si$(MFIS)와 Pt/SBT/Si(MFS)구조의 결정 구조 및 전기적 성질을 고찰하였다. XRD 및 SEM측정 결과 SBT/ZrO$_2$/Si 구조의 경우 SBT/Si구조에 비해 SBT 박막이 더 큰 결정립이 형성되었다. AES분석 결과 $ZrO_2$ 박막을 완충층으로 사용함으로써 SBT 박막과 Si 기판의 상호반응을 적절히 억제할 수 있음을 확인하였다. Pt/SBT/$ZrO_2/Pt/SiO_2$/Si와 Pt/SBT/Pt/$SiO_2$/Si 구조에서 Polarization-Voltage(P-V) 특성을 비교해 본 결과 $ZrO_2$ 박막의 도입에 따라 잔류분극값은 감소하였고 항전계값은 증가하였다. MFIS 구조에서 메모리 윈도우값은 항전계값과 직접적 관련이 있으므로 이러한 항전계값의 증가는 MFIS 구조에서의 메모리 윈도값이 증가할 수 있음을 나타낸다. Pt/SBT(210 nm)/$ZrO_2$/ (28 m)/Si 구조에서 Capacitance-Voltage(C-V) 측정 결과로부터 인가전압 4~6 V에서 메모리 윈도우 가 1~1.5V정도로 나타났다. Pt/SBT/ZrO$_2$/Si구조에서 전극을 갓 증착한 경우와 산소분위기 $800^{\circ}C$에서 후열처리한 경우의 전류 밀도는 각각 약 $8\times10^{-8} A/\textrm{cm}^2$와 $4\times10^{-8}A/\textrm{cm}^2$ 정도의 값을 나타내었다.