Effect of Sr/Ta mole ratio on the ferroelectric properties of SBT thin films fabricated by LSMCD process

LSMCD 공정으로 제조한 SBT 박막의 Sr/Ta 몰비에 따른 강유전 특성

  • 박주동 (홍익대학교 공과대학 금속ㆍ재료공학과) ;
  • 김지웅 (홍익대학교 공과대학 금속ㆍ재료공학과) ;
  • 오태성 (홍익대학교 공과대학 금속ㆍ재료공학과)
  • Published : 2000.12.01

Abstract

$Sr_xBi_{2.4}Ta_2O_9$ (SBT) thin films of 150 nm thickness were prepared using LSMCD (Liquid Source Misted Chemical Deposition) process with variation of the Sr/Ta mole ratio of 0.35~0.65, and their crystalline phase, microstructure, ferroelectric properties and leakage current characteristics were investigated. Ferroelectric characteristics of the LSMCD-derived SBT films were optimized at the Sr/Ta moleratio of 0.425. The remanent polarization (2Pr) and coercive field (Ec) of the SBT film with the Sr/Ta mole ratio of 0.425 were measured as 15.01 $\mu$C/$ \textrm{cm}^2$ and 41 kV/cm at an applied voltage of $\pm$5 V respectively. LSMCD-derived SBT films with the Sr/Ta mole ratio of 0.35~0.5 exhibited leakage current densities lower than $10^{-5} A/\textrm{cm}^2$ at an applied field of 100 kV/cm, and excellent fatigue-free characteristics of the remanent polarization decrement less than 1% after $10^{10}$ switching cycles at$\pm$5 V.

LSMCD (Liquid Source Misted Chemical Deposition)공정으로 Sr/Ta몰비 0.35~0.65 조성범위에서 150 nm 두께의 $Sr_xBi_{2.4}Ta_2O_9$ (SBT)박막을 제조하여, Sr/Ta몰비에 따른 결정상과 미세구조, 강유전 특성 및 누설전류 특성을 분석하였다. LSMCD 공정으로 제조한 SBT박막은 Sr/Ta 몰비 0.425의 조성에서 최적의 강유전 특성을 나타내어 $\pm$5 V의 구동전압 인가시 15.01 $\mu$C/$\textrm{cm}^2$의 잔류분극 $2P_{r}$과 41kV/cm의 항전계 $E_{c}$를 나타내었다. LSMCD공정으로 제조한 Sr/Ta 몰비 0.35~0.5 범위의 SBT 박막은 100 kV/cm의 전기장 하에서 $10^{-5}$A/$\textrm{cm}^2$ 미만의 낮은 누설전류 밀도를 나타내었으며, $\pm$5V의 구동전압 인가시 $10^{10}$회의 스위칭 후에도 잔류분극 감소가 1% 미만인 우수한 분극피로 특성을 나타내었다.

Keywords

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