• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 1999년도 제17회 학술발표회 논문개요집
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• pp.87-87
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• 1999

본 연구에서는 Pulsed Laser Deposition(이하 PDL)방법을 이용하여 Si기판에 (Ba,Sr)TiO3(이하 BST)박막을 MFS-FET(Metal-Ferroelectric-Semiconductor Field-effect Transistor)구조로 제조하였으며 BST박막의 강유전성이 BST 박막에 유도되는 응력에 어떤 영향을 받는지 살펴보았다. 본 연구에서는 완충막을 사용함으로써 BST박막과 완충막간의 격자부정합을 이용하여 BST박막에 강유전성을 유도하려고 하였다. 또한 MFS-FET구조의 BST박막에 유도되는 응력조절을 위하여 BST박막과 완충막의 두께를 변화하였으며 XRD를 통한 구조 분석 및 C-V test를 통한 전기적 특성을 관찰을 하였다. PLD법을 통해서 epitaxial 성장된 BST 박막에서는 Si에 epitaxial 성장된 완충막과의 격자부정합에 의한 BST박막내의 자발분극의 발생이 예상된다. 따라서, 본 연구는 강유전체의 자발분극에 의하여 발생되는 C-V 이력현상이 BST박막과 완충막과의 격자부정합에 의한 응력에 의해 발생될 것으로 예상하여, BST 박막에 유도되는 응력과 C-V 이력현상의 관계를 통하여 상온에서 상유전성을 갖는 BST가 응력에 의하여 어느 정도의 강유전성을 나타내는지를 밝히기 위해 진행되었다. 본 연구에서 사용된 완충막은 YSZ(Yttria Stabilized Zirconia)박막으로 0.4mTorrO2 분위기 하에서 600~80$0^{\circ}C$의 온도에서 증착하여 상형성을 살펴보았고 $700^{\circ}C$에서 epitaxial 성장을 확인하였으며 두께는 30~$\AA$으로 변화하였다. 또한 BST박막은 완충막과의 전압분배를 고려해 300~2000$\AA$으로 두께를 변화를 시키며 증착하였다. MFS 구조에서 Al 전극을 사용하여 완충막과 BST박막간의 두께 변화에 따른 Capacitance - Voltage(C-V) 측정을 하였으며 이를 통하여 강유전상의 특성인 C-V 이력현상을 관찰하였다. 그 결과 YSZ 박막에서는 C-V 이력현상이 나타나지 않았으며 BST 박막에서는 약 1.2V의 C-V이력현상이 보였다.

• 한국결정성장학회지
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• 제8권2호
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• pp.221-226
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• 1998

$RuO_2$ 하부전극 상에 형성된 $(Ba, Sr)TiO_3$[BST] 박막의 물성을 향상시키기 위하여 비정질 BST층(30, 70nm)을 $RuO_2$와 BST사이에 증착하여 2중 BST구조를 형성시켰다. 비정질 BST층의 도입을 통해, BST박막의 평균 입도가 증가하고, 표면 거칠기가 감소하여 전체 BST 박막의 미세구조와 표면 mophology가 단일 BST박막에 비해 상당한 변화가 발생함을 확인하였다. 30nm의 비정질측이 적용된 BST박막의 경우, 하부기판의 영향으로부터 비교적 자유로운 미세구조를 갖는 BST 박막이 형성되었다. 2중 BST 박막의 경우 유전상수는 340, 누설전류는 $6.85{\times}10^{-7}A/{\textrm}{cm}^2$로서 비정질층을 갖지 않는 단일 BST 박막에 비하여(유전상수: 152, 누설전류: $1.25{\times}10^{-5}A/{\textrm}{cm}^2$)놀라운 전기적 특성의 향상이 이루어짐을 확인하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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• pp.69-69
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• 2000

(Ba, Sr)TiO3 (BST)[1-3] 박막은 유전상수가 크고 고주파에서도 유전특성 저하가 적기 때문에 ULSI DRAM(Dynamic Random Access Memory)에 응용 가능한 물질로 최근 각광을 받고 있다. 하지만, 아직 BST 박막을 DRSM에 바로 적용하기 위해선 몇 가지 문제점이 있다. 그 중 누설전류 문제는 디바이스 응용시 매우 중요한 요소이다. 특히, DRAM에서 refresh time와 직접적인 관련이 있어 디바이스 내의 신뢰도 및 전력소모를 결정하는 주된 인자가 된다. 지금까지, BST 박막의 인가전업, 온도, 그리고 전극물질에 따른 누설전류 현상들이 고찰되었고, 이에 관한 많은 전도기구 모델들이 제시되었다. Schottky emission, Poole-Frenkel emission, space charge limited conduction 등이 그 대표적인 예이다. 하지만 아쉽게도 BST 박막의 정확한 누설 전류 전도 기구를 완전히 설명하는데는 아직 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 제작된 BST 커패시터 내의 기본적인 전기적 성질을 조사하고, 정확한 누설전류 기구 규명에 초점을 두고자 한다. 이를 위해 기존의 여러 기구들과 비교 분석할 것이다. 하부전극으로 사용하기 위해 스퍼터링 방법으로 p-Si(100) 기판위에 RuO2 박막을 약 120nm 증착하였다. 증착전의 chamberso의 초기압력은 5$\times$10-6 Torr이하의 압력으로 유지시켰다. Ar/O2의 비는 이전 실험에서 최적화된 9/1로 하였다. BST 박막 증착 시 5분간 pre-sputtering을 실시한 후 하부전극 기판위에 BST 박막을 증착하였다. 증착이 끝난 후 시편을 상온까지 냉각시킨 후 꺼내었다. 전기적 특성을 측정하기 상부전극으로 RuO2와 Al 박막을 각각 상온에서 100nm 증착하였다. 이때 hole mask를 이용하여 반경이 140um인 원형의 상부전극을 증착하였다. BST 박막의 증착온도가 증가하고 Ar/O2 비가 감소할수록 제작된 BST-커패시터의 전기적 성질이 우수하였다. 증착온도 $600^{\circ}C$, ASr/O2=5/5에서 증착된 막의 누설전류는 4.56$\times$10-8 A/cm2, 유전상수는 600 정도의 값을 나타내었다. 인가전압에 따른 BST 커패시터의 transition-current는 Curie-von Schweider 모델을 따랐다. BST 박막의 누설전류 전도기구는 기존의 Schottky 모델이 아니라 modified-Schottky 무델로 잘 설명되었다. Modified-Schottky 모델을 통해 BST 박막의 광학적 유전율 $\varepsilon$$\infty$=4.9, 이동도 $\mu$=0.019 cm2/V-s, 장벽 높이 $\psi$b=0.79 eV를 구하였다.

• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제4권2호
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• pp.47-54
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• 1997

Pt/SiO2/Si을 기판으로 사용하고 RF 마그네트론 스퍼터링에 의한 (Ba, Sr)TiO3 (BST) 씨앗층을 약 10nm 정도의 두께로 입힌 다음 그 상부에 화학 기상증착법으로 BST를 증착하여 BST seed layer가 CVD BST 박막의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 또한 급 속열처리가 BST 박막과 커패시터의 특성에 미치는 영향도 조사하였다. Seed layer와 급속 열처리에 의해 박막의 결정성이 향상되었으며 이로인해 유전상수가 증가되었고 주파수에 대 한 유전특성도 개선되었다. Seed layer를 도입함으로써 BST 박막과 Pt 하부전극 사이의 계 면에 존재하고 있는 산소부족\ulcorner이 사라짐을 확인할수 있었으며 이로 인해 Pt/BST/Pt 커\ulcorner 시터의 누설전류가 감소하였다. 또한 급속 열처리에 의해 BST/Pt 계면에서 트랩된 전자의 농도가 감소함으로써 누설전류 특성이 개선됨을 알수 있었다. Seed layer 위에 증착된 CVD BST 박막의 유전상수는 증착온도가 증가함에 따라 증가하였으나 누설전류도 같이 증가하 였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제34권8호
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• pp.803-810
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• 1997

Ba0.5Sr0.5TiO3박막을 RF 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 Pt/Ti/SiO2/Si(100) 기판에 증착하였다 .누설전류에 영향을 주는 것으로 알려진 열처리 조건, dopant 효과 등을 평가하고자 이온반경이Ti와 유사하고 대부분이 Ti 자리를 치환하는 것으로 알려진 Nb와 Al을 각각 danor와 acceptor로 선택하여 BST 박막에 첨가한 후 누설전류를 측정하였다. 고온에서 in-situ 증착된 BST 박막은 거친 표면 형상을 보이며 낮은 전압에서 파괴가 발생하고, Nb 첨가로 누설전류가 증가하였다. 삼온 증착후 후열처리된 박막은 표면 형상도 평할도가 증가하였으며 in-situ로 제조된 박막에 비해 높은 파괴전압과 낮은 누설전류를 나타내었다. 특히 Al이 첨가된 BST 박막의 누설전류밀도는 ~10A/cm2로 도핑을 하지 않은 박막이나 Nb가 첨가된 박막에 비해 매우 낮은 누설전류밀도를 나타내었으며, 이는 산화로 인한 산소공공의 감소, 이동 가능한 hole의 감소와 후열처리과정중 계면 및 입계의 산화로 Schottky 장벽에 높아진 결과로 판단된다.

• 한국세라믹학회지
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• 제40권2호
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• pp.198-205
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• 2003

R.F. Magnetron Sputtering법을 이용하여 Pt/Ti/ $SiO_2$/Si기판 위에 seed-layers와 $Ba_{0.66}$S $r_{0.34}$Ti $O_3$박막을 제조하였다. 다양한 기판온도에 따른 BST 박막의 전기적인 특성(정전용량과 누설전류)과 seed-layer층이 BST 박막에 미치는 영향을 조사하였다. BST 박막은 seed-layer층을 삽입함으로써 박막의 결정성이 향상되었고, 박막의 기판온도(결정화온도)도 상당히 낮출 수 있었다. 순수한 BST에 비하여 seed-layer를 삽입한 BST는 높은 유전상수와 낮은 유전손실 및 낮은 누설전류를 가지는 우수한 전기적 특성을 나타내었다. BST 박막의 전기적 특성은 기판온도에 따라 영향을 받고, seed-layer에 의해 향상됨을 알 수 있었다.

• 한국세라믹학회지
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• 제36권4호
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• pp.403-409
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• 1999

RF 마그네트론 스퍼터링방법으로 Pt/Ti/NON/Si 기판 위에 $Ba_{0.66}$$Sr_{0.38}$$TiO_{3}$(BST) 박막을 증착한 다음 유전 및 초전특성을 살펴보았다. BST 박막을 증착할 때 기판온도를 300~-$600^{\circ}C$로 변화시킨 결과 기판온도가 증가할수록 박막의 결정성과 입도가 증가하여 유전율과 초전계수가 증가하였다. 한편 하부전극인 Pt의 증착조건이 BST 박막의 몰성에 미치는 영향도 살펴보았다. Pt의 증착온도와 Pt의 미세구조와 결정성뿐만 아니라 상부에 형성된 BST 박막의 배향성에도 큰 영향을 미쳤으며, 그 결과 BST의 초전특성에도 큰 영향을 미쳤다. BST 박막과 Pt 하부전극의 증착조건을 적정화함으로써 본 연구에엇는 상온에서 초전계수가 240 $nCcm^{-2}K^{-1}$인 BST 박막을 얻었다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제6권5호
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• pp.696-702
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• 2002

RF magnetron reactive sputtering 법으로 BST(Bal-xSrxTiO$_3$)(50/50) 박막을 제작하여, 박막의 결정화 특성 및 표면상태와 함께 박막의 두께에 따른 전기적 특성을 조사하였다. XRD와 AFM을 이용하여 BST 박막의 결정화 특성과 표면상태를 관찰한 결과, 80$0^{\circ}C$ 에서 2분간 후열처리한 박막은 완전한 perovskite 구조를 가지며 표면거칠기도 16.1$\AA$으로 양호한 값을 나타내었다. 박막의 두께가 80nm에서 240nm으로 증가함에 따라 10KHz에서 비유전률은 199에서 265로 증가하였고, 250㎸/cm의 전기장에서 누설 전류밀도는 $0.779 {\mu}m/{cm^2}에서 0.184 {\mu}A/{cm^2}$으로 감소하였다. 두께 240nm인 BST 박막의 경우, 5V에서의 전하축적 밀도와 누설전류밀도는 각각 50.5 $fC/{{\mu}m^2} 와 0.182 {\mu}A/{cm^2}$로, 이는 DRAM의 캐패시터 절연막 응용에 매우 유망한 물질임을 나타내는 결과이다.

• 한국결정성장학회지
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• 제8권3호
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• pp.407-410
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• 1998

$RuO_2$를 하부전극으로 적용한 (Ba,Sr)$TiO_3$[BST] 박막의 Sputtering 가스내 $O_2/Ar$ 비에 따른 특성을 고찰하였다. $O_2/Ar$ 비가 1/9에서 5/5로 증가함에 따라 BST 박막의 유전상수는 135에서 190로 증가한 반면, 누설전류 특성은 $1.9{\times}10^{-7}\; A/{\textrm}{cm}^2$에서 $1.7{\times}10^{-6}; A/{\textrm}{cm}^2$로 저하되었다. $O_2/Ar$ 비 증가에 따른 BST 박막의 결정성의 향상에도 불구하고 BST 박막의 표면거칠기의 증가와 BST/ $RuO_2$계면에서의 산소결핍 지역의 확장 등이 BST 박막의 누설전류 특성의 저하를 초래하였다.

• 한국재료학회지
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• 제5권5호
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• pp.518-524
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• 1995

BST 박막을 Pt/Si$O_{2}$/Si 기판위에 co-sputtering 방법으로 형성할 때 열처리 조건이 BST 박막의 결정성과 전기적 특성에 미치는 영향에 관하여 연구하였다. BST 박막의 특성은 급속 열처리나 관상로 열처리과 같은 후열처리 온도보다 증착시의 기판온도에 따라서 민감하게 변화하였고, 기판 온도를 55$0^{\circ}C$로 하여 증착할대 Perovskite상이 가장 안정적으로 성장하여 유전율 1100, 유전손실계수 0.02로 우수한 유전특성을 나타내는 막을 형성할 수 있었다. BST 박막은 기판온도를 증가하면 정합에너지와 표면에너지를 최소로하는 (111) 방향으로 우선방위를 나타내었고 결정립의 조대화 현상으로 누설전류가 증가하였다.