Abstract
The SrBi$_2$Nb$_2$O$_{9}$ (SBN) thin films were deposited on p-type(100) Si substrates by rf magnetron sputtering to confirm the Possibility of Pt/SBN/Si structure for the application of nondestructive read out ferroelectric random access memory (NDRO- FRAM). The SBN thin films were deposited by co-sputtering method with Sr$_2$Nb$_2$O$_{7}$ (SNO) and Bi$_2$O$_3$ ceramic targets. The SBN thin films deposited at room temperature were annealed at $700^{\circ}C$ for 1hr in $O_2$ ambient. The structural and electrical properties of SBN with different power ratios of targets were measured by x-ray diffraction(XRD), scanning electron microscopy(SEM), capacitance-voltage(C-V), and current-voltage(I-V). The C-V curves of the SBN films showed hysteresis curves of a clockwise rotation showing ferroelectricity. When the Power ratio of the SNO/Bi$_2$O$_3$ targets was 120 W/100 W, the SBN thin films had excellent electrical properties. The memory window of SBN thin film was 1.8 V-6.3 V at applied voltage of 3 V-9 V and the leakage current density was 1.5 $\times$ 10$^{-7}$ A/$\textrm{cm}^2$ at applied voltage of 5 V The composition of SBN thin films was analysed by electron probe X-ray micro analyzer(EPMA) and the atomic ratio of Sr:Bi:Nb with pawer ratio of 120 W/100 W was 1:3:2.
세라믹 타겟인 Sr$_2$Nb$_2$O$_{7}$ (SNO)과 Bi$_2$O$_3$을 장착한 RF-마그네트론 스퍼터링을 이용하여 SrBi$_2$Nb$_2$O$_{9}$ (SBN) 박막을 p-type Si(100) 기판 위에 증착하였다. 증착시 두 타겟의 파워비를 조절하여 조성의 변화에 따른 SBN 박막의 구조적 및 전기적 특성을 조사하였다. 증착된 SBN 박막은 $700^{\circ}C$의 산소분위기에서 1시간 동안 열처리를 하였으며 상부전극으로 Pt를 증착한 후 산소분위기에서 30분 동안 $700^{\circ}C$에서 전극 후열처리를 실시하였다. 증착된 SBN 박막은 $700^{\circ}C$ 열터리 후에 페로브스카이트 상을 나타냈으며 SNO 타겟과 Bi$_2$O$_3$타겟의 파워가 120 W/100 W 일 때 가장 좋은 전기적 특성을 나타내었다. 이때의 조성은 EPMA(Electron Probe X-ray Micro Analyzer) 분석을 통하여 확인하였으며 Sr:Bi:Nb의 비가 약 1:3:2임을 나타내었다. 이러한 과잉의 Bi조성을 가진 SBN 박막은 3-9 V의 인가전압에서 1.8 V-6.3 V의 우수한 메모리 윈도우 값을 나타내었으며 누설전류 값은 인가전압 5 V에서 1.54$\times$$10^{-7}$ A/$\textrm{cm}^2$였다.