• The Korean Journal of Ceramics
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• v.4 no.2
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• pp.83-89
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• 1998

The structure refinements and the electrical and magnetoelectric measurements were performed for BIT.1BF and BIT.2BT. The tetragonal distortion of the ab plane became lessened with the addition of $4BiFeO_3 into Bi_4Ti_3O_{12}$ significantly. However, the tilting of the outer-oxygen octahedra of the perovskite unit and the elongatin of the $(Bi_2O_2)^{2+}$ layers became more pronounced. For the both phases, the bariations of dielectric properties and electrical conductivities at high temperatures showed that the ferroelectic I-rerroelectric II phase transition existed before reaching the Curie temperature. The electrical conductivity became higher with the increase of $Fe^{3+}$ ions, implying that the electron transfer increased correspondingly. The magnetoelectric effect was observed linear up to ~8 kOe, which was stronger in BIT.1BF than BIT.2BF. This behavior indicates that the distortion of the ab plane may affect the induced polarization as well as magnetic moment.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2003.07a
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• pp.168-171
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• 2003

Bismuth layered structure, Cerium-substituted $Bi_4Ti_3O_{12}$ ($(Bi,Ce)_4Ti_3O_{12}$) thin films were prepared on the $Pt/TiO_2/SiO_2/Si$ substrates by the pulsed laser deposition method. We investigated the Ce-subsitituted effect on the grain orientation and ferroelectric properties. $Ce^{3+}$ ion substitution for $Bi^{3+}$ ion in perovskite layers of BTO decreased the deeree of c-axis orientation and increased the remanent polariation (2Pr). The structure and morphology of the films were characterized using X-ray diffraction and atomic force microscopy. The $(Bi,Ce)_4Ti_3O_{12}$ (BCT) thin films, which were annealed $700^{\circ}C\;and\;800^{\circ}C$ for 10min and 30min, showed a perovskite phase and dense microstructure. As the thickness of the BCT film was decresed that the ferroelectric properties of the BCT thin films were good.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2003.03a
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• pp.37-37
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• 2003

Ferroelectric random acess memories (FeRAMs) 재료로 주목받고 있는 강유전 물질은 이미 여러 해 전부터 많은 물질들에 대해 연구가 진행되어 왔다. 그 중 낮은 공정 온도를 가지며 큰 remanent polarization 값을 갖는 lead zirconium titanate (PZT) 박막에 대해 많은 연구가 진행되고 있다. 하지만 Pt 기판위에 증착된 PZT 박막은 높은 피로 현상을 보이는 문제가 있다. 최근 Pulsed laser deposition이나 metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE) 등의 방법에 의해 epitaxial substituted-$Bi_4Ti_3O_{12}$ (La, Nd) 박막에 대해 보고가 되고 있다. 본 연구에서는 높은 remanent polarization 값을 갖는 $(Bi,Ce)_4Ti_3O_{12}$ (BCT) 박막을 pulsed laser deposition 방법을 사용하여 증착하였다. 또한 Bismuth의 양을 변화시켜 Bismuth의 양에 따른 remanent polarization의 변화를 확인하여 보았다. 사용된 기판은 Pt/$TiO_2$/$SiO_2$/Si 기판을 사용하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2005.07c
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• pp.1829-1831
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• 2005

Ferroelectric $Bi_{3.25}Nd_{0.75}Ti_3O_{12}$(BNdT) thin films were proposed for capacitor of FeRAM. The BNdT thin films were grown on Pt/Ti $SiO_2/P-Si(100)$ substrates by the RF magnetron sputtering deposition. The dielectric properties of the BNdT were investigated by varying post-annealing temperatures. Increasing post-annealing temperature, the (117) peak was increased. An increase of rod type grains of BNdT films with increasing post-annealing temperature was observed by the Field Emission Scanning Electron Microscopy(FE-SEM). The dielectric constant and dielectric loss of the BNdT thin films with post-annealing temperature of $700^{\circ}C$ were 418 and 0.37, respectively.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.42 no.4
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• pp.219-223
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• 2005

A promising capacitor, which has conformable step coverage and good uniformity of thickness and composition, is needed to manufacture high-density non-volatile FeRAM capacitors with a stacked cell structure. In this study, ferroelectric $Bi_{3.61}Nd_{0.39}Ti_3O_{12}$ (BNdT) thin films were prepared on $Pt(111)/TiO_2/SiO_2/Si$ substrates by the liquid delivery system MOCVD method. In these experiments, $Bi(ph)_{3}$, $Nd(TMHD)\_{3}$ and $Ti(O^iPr)_{2}(TMHD)_{2}$ were used as the precursors and were dissolved in n-butyl acetate. The BNdT thin films were deposited at a substrate temperature and reactor pressure of approximately $600^{\circ}C$ and 4.8 Torr, respectively. The microstructure of the layered perovskite phase was observed by XRD and SEM. The remanent polarization value (2Pr) of the BNdT thin film was $31.67\;{\mu}C/cm^{2}$ at an applied voltage of 5 V.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.279-279
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• 2007

비휘발성 메모리 Fe-RAM은 빠른 정보처리 속도와 전원공급이 차단되었을 때도 계속 정보를 유지할 수 있는 비휘발성 특징과 더불어 저전압, 저전력 구동의 장점이 있어서, 차세대 메모리로 많은 주목을 받고 있다. FeRAM에 사용되는 강유전체는 주로 Pb(Zr,Ti)$O_3$가 적용되었는데, 최근에는 비납계 강유전체의 연구도 활발히 이루어지고 있다. 이러한 비납계 강유전체 중에서 가장 특성이 우수한 물질은 $(Bi,La)_4Ti_3O_{12}$ (BLT) 이다. 그런데 BLT는 결정 방향에 따른 강한 이방성의 강유전 특성을 나타내기 때문에 BLT 박막을 이용하여 Fe-RAM 소자 등을 제작하기 위해서는 결정의 방향성을 세심하게 제어하는 것이 매우 중요하다. 지금까지 연구된 BLT 박막의 방향성 조절결과를 보면, BLT 박막을 스핀 코팅 법 (spin coating method)으로 증착하고, 핵생성 열처리 단계를 조절하여 무작위 방향성을 갖는 박막을 제조하는 방법이 일반적이었다. 그런데 이러한 스핀 코팅법에서의 핵생성 단계의 제어는 공정 조건 확보가 너무 어려운 단점이 있다. 이러한 어려움을 극복할 수 있는 대안은 스퍼터링 증착법(sputtering deposition method), PLD (pulsed laser deposition)법 등과 같은 PVD (physical vapor deposition) 법의 증착방법을 적용하는 것이다. PVD 법으로 증착하는 경우에는 이미 박막 내에 무수한 결정핵이 존재하기 때문에 핵생성 단계가 필요가 없게 된다. PVD 증착법의 적용을 위해서는 타겟의 제조 및 평가 실험이 선행되어야 한다. 그런데 벌크 BLT 재료의 소결공정 조건과 전기적 특성에 관한 연구 결과는 거의 발표가 되지 않고 있다. 본 실험에서는 $Bi_2O_3,\;TiO_2,\;La_2O_3,\;Nb_2O_5\;and\;Al_2O_3$ 분말들을 이용하여 최적의 조성을 구하기 위하여 $Nb^{+5}$ 와 $Al^{+3}$을 $Ti^{+4}$ 자리에 소량 치환시켜 제조하였다. 혼합된 분말을 하소 후 pellet 형태로 성형하여 소결을 실시하였다. 시편을 1mm 두께로 연마하고, 양면에 silver 전극을 인쇄하여 전기적 특성을 측정하였다. 측정결과 $Ti^{+4}$ 자리에 $Nb^{+5}$를 치환하여 제조한 시편에서 $2P_r{\sim}31\;{\mu}c/cm^2$정도의 매우 우수한 특성을 얻었다.

• Proceedings of the Korean Society Of Semiconductor Equipment Technology
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• 2006.10a
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• pp.166-169
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• 2006

A promising capacitor, which has conformable step coverage and good uniformity of thickness and composition, is needed to manufacture high-density non-volatile FeRAM capacitors with a stacked cell structure. In this study, ferroelectric $Bi_{3.61}Nd_{0.39}Ti_3O_{12}$ (BNT) thin films were prepared on $Pt(111)/Ti/SiO_2/Si$ substrates by the liquid delivery system MOCVD method. In these experiments, $Bi(ph)_3$, $Nd(TMHD)_3$ and $Ti(O^iPr)_2(TMHD)_2$ were used as the precursors and were dissolved in n-butyl acetate. The BNT thin films were deposited at a substrate temperature and reactor pressure of approximately $600^{\circ}C$ and 4.8 Torr, respectively. The microstructure of the layered perovskite phase was observed by XRD and SEM. The remanent polarization value (2Pr) of the BNT thin film was $31.67\;{\mu}C/cm^2$ at an applied voltage of 5 V.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.06a
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• pp.277-277
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• 2007

$(Bi,La)_4Ti_3O_{12}$ (BLT) 물질은 결정 방향에 따른 강한 이방성의 강유전 특성을 나타낸다. 따라서 BLT 박막을 이용하여 FeRAM 소자 등을 제작하기 위해서는 결정의 방향성을 세심하게 제어하는 것이 매우 중요하다. 현재까지 연구된 BLT 박막의 방향성 조절 결과를 보면, BLT 박막을 스핀 코팅 법 (spin coating method)으로 중착하고, 핵생성 열처리 단계를 조절하여 무작위 방향성 (random orientation)을 갖는 박막을 제조하는 방법이 일반적이었다. 그런데 이러한 스핀 코팅법에서의 핵생성 단계의 제어는 공정 조건 확보가 너무 어려운 단점이 있다. 이러한 어려움을 극복할 수 있는 대안은 스퍼터링 증착법 (sputtering deposition method), PLD법 (pulsed laser deposition method) 등과 같은 PVD (physical vapor deposition) 법의 증착방법을 적용하는 것이다. PVD 법으로 증착하는 경우에는 이미 박막 내에 무수한 결정핵이 존재하기 때문에 핵생성 단계가 필요 없게 된다. PVD 증착법의 적용을 위해서는 타겟 (target)의 제조 및 평가 실험이 선행되어야 한다. 그런데 벌크 BLT 재료의 소결공정 조건과 전기적 특성에 관한 연구 결과는 거의 발표 되지 않고 있다. 본 실험에서는 $Bi_2O_3$, $TiO_2$ and $La_2O_3$ 분말을 이용하여 최적의 조성을 구하기 위하여 Bi양을 변화시키며 타겟을 제조 하였다. 혼합된 분말을 하소 후 pallet 형태로 성형하여 소결을 실시하였다. 시편을 1mm 두께로 연마하고, 표면에 silver 전극을 인쇄하여 전기적 특성을 측정하였다. Bi양이 3.28몰 첨가된 조성에서 최대의 잔류분극 (2Pr) 값을 얻었고, 이때의 값은 약 $18{\mu}C/cm^2$ 정도였다. 최적화된 조성 ($Bi_{3.28}La_{0.75}Ti_3O_{12}$)으로 BLT 타겟을 제조하여 PLD법으로 박막을 제조하였다. 박막 제조 시 압력은 $1{\times}10^{-1}\;{\sim}\;1{\times}10^{-4}\;Torr$ 범위에서 변화시켰다. $1{\times}10^{-1}\;Torr$ 압력을 제외하고는 모든 압력에서 BLT 박막이 증착되었다. 중착된 박막을 $650\;{\sim}\;800^{\circ}C$에서 30분간 열처리를 실시하고 전기적 특성을 평가한 결과, $1{\times}10^{-2}\;Torr$에서 증착한 박막에서 양호한 P-V (polarization-voltage) 이력곡선을 얻을 수 있었고, 이때의 잔류분극 (2Pr) 값은 약 $6\;{\mu}C/cm^2$ 이었다. 주사전자현미경 (SEM)을 이용하여 BLT 박막 표면의 미세구조도 관찰하였는데, 스핀코팅 법으로 증착한 경우에 관찰되었던 조대화된 입자들은 관찰되지 않았고, 상당히 양호한 입자 크기 균일도를 나타내었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2006.11a
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• pp.192-193
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• 2006

A 16Mb ITIC FeRAM device was fabricated with BLT capacitors. The average value of the switchable 2 polarization obtained m the 32k-array (unit capacitor size: 068 ${mu}m^2$) capacitors was about 16 ${\mu}C/cm^2$ at 3V and the uniformity within an 8-inch wafer was about 2.8%. But a lot of cells were failed randomly during the measuring the bit-line signal of each cell. It was revealed that the Grain size and orientation of the BLT thin film were severely non-uniform. Therefore, the uniformity of the grain size and orientation was improved by changing the process conditions of post heat treatment. The temperature of nucleation step was the very effective on varying the microstructure of the BLT thin film. The optimized temperature of the nucleation step was $560^{\circ}C$.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.20 no.3
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• pp.223-227
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• 2007

The effect of Eu contents on the ferroelectric properties of $Bi_{4-x}Eu_xTi_3 O_{12}$ (BET) thin films has been investigated. Bismuth Europium titanate thin films with a Eu contents were prepared on the $Pt/Ti/SiO_2/Si$ substrate by metal-organic decomposition technique. The structure and the morphology of the films were analyzed using X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning microscopy (FE-SEM), respectively. From the XRD analysis, it was found that BET thin films have polycrystalline structure, and the layered-perovskite phase is obtained when the Eu contents exceeds 0.2 (x > 0.2). Also, the ferroelectric characteristics of the BET thin films were found to be dependent on the Eu content. Particularly, the BET films doped with x = 0.75 show better ferroelectric properties (remanent polarization 2Pr = 60.99 C/$cm^2$ and only a little polarization fatigue up to $3.5{\times}10^9$ bipolar switching cycling) than those doped with other Eu contents.