• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제30권10호
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• pp.646-650
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• 2017

We have evaluated the ferroelectric and electrical properties of pure $BiFeO_3$ (BFO) and $Bi_{0.9}A_{0.1}Fe_{0.975}V_{0.025}O_{3+{\alpha}}$ (A=Nd, Tb) thin films on $Pt(111)/Ti/SiO_2/Si(100)$ substrates by using a chemical solution deposition method. The remnant polarization ($2P_r$) of the $Bi_{0.9}Tb_{0.1}Fe_{0.975}V_{0.025}O_{3+{\alpha}}$ (BTFVO) thin film was approximately $65{\mu}C/cm^2$, with a maximum applied electric field of 950 kV/cm and a frequency of 10 kHz, where as that of the $Bi_{0.9}Nd_{0.1}Fe_{0.975}V_{0.025}O_{3+{\alpha}}$ (BNFVO) thin film was approximately $37{\mu}C/cm^2$ with a maximum applied electric field of 910 kV/cm. The leakage current density of the co-doped BNFVO thin film was four orders of magnitude lower than that of the pure BFO thin film, at $2.75{\times}10^{-7}A/cm^2$ with an applied electric field of 100 kV/cm. The grain size and uniformity of the co-doped BNFVO and BTFVO thin films were improved, in comparison to the pure BFO thin film, through structural modificationsdue to the co-doping with Nd and Tb.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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• pp.331-332
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• 2008

Couplings between electric, magnetic, and structural order parameters result in the so-called multiferroic phenomena with two or more ferroic phenomena such as ferroelectricity, ferromagnetism, or ferroelasticity. The simultaneous ferroelectricity and ferromagnetism (magnetoelectricity) permits potential applications in information storage, spintronics, and magnetic or electric field sensors. The perovskite BiFeO3(BFO) is known to be antiferromagnetic below the Neel temperature of 647K and ferroelectric with a high Curie temperature of 1043K. It exhibits weak magnetism at room temperature due to the residual moment from a canted spin structure. It is likely that non-stoichiometry and second-phase formation are the factors responsible for leakage current in BFO. It has been suggested that oxygen non-stoichiometry leads to valence fluctuations of Fe ions in BFO, resulting in high conductivity. To reduce the large leakage current of BFO, one attempt is to make donor-doped BFO compounds and thin films. In this study, (Bi1-x,Ndx)(Fe1-y,Tiy)O3 thin films have been deposited on Pt(111)/TiO2/SiO2/Si substrates by pulsed laser deposition. The effect of dopants on the phase evolution and surface morphology are analyzed. Furthermore, electrical and magnetic properties are measured and their coupling characteristics are discussed.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 1999년도 추계학술대회 논문집
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• pp.41-43
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• 1999

Among the feffoelectric thin films that have been widely investigated for ferroelectric random access memory (FRAM) applications, SrBi$_2$Ta$_2$$O_{9}$ thin film is appropriate to memory capacitor materials for its excellent fatigue endurance. However, very few studies on etch properties of SBT thin film have been reported although dry etching is an area that demands a great deal of attention in the very large scale integrations. In this study, the a SrBi$_2$Ta$_2$$O_{9}$ thin films were etched by using magnetically enhanced inductively coupled Ar/CHF$_3$ plasma. Etch properties, such as etch rate, selectivity, and etched profile, were measured according to gas mixing ratio of CHF$_3$(Ar$_{7}$+CHF$_3$) and the other process conditions were fixed at RF power of 600 W, dc bias voltage of 150 V, chamber pressure of 10 mTorr. Maximum etch rate of SBT thin films was 1750 A77in, under CHF$_3$(Ar+CHF$_3$) of 0.1. The selectivities of SBT to Pt and PR were 1.35 and 0.94 respectively. The chemical reaction of etched surface were investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis. The Sr and Ta atoms of SBT film react with fluorine and then Sr-F and Ta-F were removed by the physical sputtering of Ar ion. The surface of etched SBT film with CHF$_3$(Ar+CHF$_3$) of 0.1 was analyzed by secondary ion mass spectrometer (SIMS). Scanning electron microscopy (SEM) was used for examination of etched profile of SBT film under CHF$_3$(Ar+CHF$_3$) of 0.1 was about 85˚.85˚.˚.

• 한국진공학회지
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• 제19권1호
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• pp.52-57
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• 2010

$BiFeO_3(BFO)/Pb(Zr_{0.52}Ti_{0.48})O_3$(PZT) bilayer와 multilayer의 다층구조를 만들어 전기적 특성을 측정하여 같은 두께의 BFO 단층박막과 비교해 보았다. BFO와 PZT 용액을 이용하였으며 chemical solution deposition 방법으로 Pt/Ti/$SiO_2$/Si(100) 기판위에 각 박막을 증착하였다. X-ray diffraction 분석을 통해 모든 박막이 다배향(multi-orientation) 페로브스카이트 (perovskite) 구조를 가졌음을 확인하였다. BFO/PZT Bilayer와 multilayer 박막들은 BFO 단층박막의 비해 누설전류 값이 500 kV/cm에서 약 4, 5차수 정도 감소했으며, 이로 인해 BFO/PZT 다층박막의 강유전체 특성이 크게 향상되었다. BFO/PZT multilayer 다층구조 박막의 경우 안정된 이력곡선(hysteresis loop)을 나타냈으며, 잔류 분극(remanent polarization)의 값은 $44.3{\mu}C/cm^2$이었으며, 항전계($2E_c$) 값은 681.4 kV/cm였다.

• 한국세라믹학회지
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• 제40권1호
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• pp.52-61
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• 2003

R.F 마그네트론 스퍼터링법으로 ZrO$_2$ 확산 방지막과 SrBi$_2$Ta$_2$$O_{9}$ 강유전 박막을 증착하여 MFIS 구조론 제작하였다. 절연층의 후열처리가 절연층 및 MFIS 구조의 전기적 특성에 미치는 영향을 관찰하기 위해서 일반 분리기로와 RTA로에서 각각 산소 분위기와 아르곤 분위기에서 550~85$0^{\circ}C$의 온도범위에서 후열처리를 행한 후, C-V 특성 및 누설전류 특성을 분석하였다. RTA 75$0^{\circ}C$ 산소 분위기에서 후열처리된 20nm의 두께를 가지는 ZrO$_2$ 박막에서 최대의 메모리 윈도우 값을 얻었다. Pt/SBT(260nm)ZrO$_2$(20nm)/Si 구조는 Pt/SBT(260nm)/Si 구조의 값보다 C-V 특성 및 누설전류 특성이 우수하였으며 이러한 결과는 ZrO$_2$ 박막이 SBT와 Si사이에서 우수한 완충층의 역할을 함을 알 수 있었다.

• 한국진공학회지
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• 제7권3호
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• pp.195-200
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• 1998

본 연구에서는 강유전체 박막의 게이트 산화물로 사용한 $Pt/SrBi_2Ta_2O_9(SBT)/CeO_2/Si(MFS)$와 Pt/SBT/Si(MFS) 구조의 결정 구조 및 전기적 성질 의 차이를 연구하였다. XRD 및 SEM 측정 결과 SBT/$CeO_2$/Si박막은 약5nm정도의 $SiO_2$층 이 형성되었고 비교적 평탄한 계면의 미세구조를 가지는 반면, SBT/Si는 각각 약6nm와 7nm정도의 $SiO_2$층과 비정질 중간상층이 형성되었음을 알 수 있다. 즉 CeO2 박막을 완충층 으로 사용함으로써 SBT박막과 Si기판의 상호 반응을 적절히 억제할 수 있음을 확인하였다. Pt/SBT/$CeO_2/Pt/SiO_2$/와 Pt/SBT/Pt/$SiO_2$/Si구조에서 Polarization-Electric field(P-E) 특 성을 비교해 본 결과 CeO2박막의 첨가에 따라 잔류분극값은 감소하였고 항전계값은 증가하 였다. MFIS구조에서 memory window값은 항전계값과 직접적 관련이 있으므로 이러한 항 전계값의 증가는 MFIS구조에서의 memory window값이 증가할 수 있음을 나타낸다. Pt-SBT(140nm)/$CeO_2$(25nm)/Si구조에서 Capacitance-Voltage(C-V) 측정 결과로부터 동작 전압 4-6V에서 memory wondows가 1-2V정도로 나타났다. SBT박막의 두께가 증가할수록 memory window값은 증가하였는데 memory wondows가 1-2V정도로 나타났다. SBT박막의 두께가 증가할수록 memory window값은 증가하였는데 이는 SBT박막에 걸리는 전압강하가 증가하기 때문인 것으로 생각되어진다. Pt/SBT/$CeO_2$/Si의 누설전류는 10-8A/cm2정도였고 Pt/SBT/Si 구조에서는 약10-6A/cm2정도로 약간 높은 값을 나타내었다.

• 한국세라믹학회지
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• 제34권2호
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• pp.202-208
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• 1997

Bi층 SrBi2Ta2O9(SBT)박막을 상온에서 rf magnetron sputtering에 의해 Pt/Ti/SiO2/Si기판위에 증착한 다음 산소 분위기 하에서 1시간동안 75$0^{\circ}C$, 80$0^{\circ}C$, 85$0^{\circ}C$로 열처리하였다. 타겟은 박막내의 Bi와 Sr의 부족을 보상하기 위해 20mole%의 Bi2O3와 30mole%의 SrCO3를 과잉으로 넣어 사용하였으며, 80$0^{\circ}C$로 열처리한 박막의 조성은 Sr0.7Bi2.0Ta2.0O9.0이었다. 200nm의 두께를 갖는 이 SBT박막은 치밀한 미세구조와, 1MHz의 주파수에서 210의 유전상수, 0.05의 유전손실을 나타내었고, 또한 100 kMz에서 32$0^{\circ}C$의 큐리온도를 나타냈으며 그 온도에서의 유전상수는 314이었다. 이 SBT박막의 잔류분극(2Pr)과 항전계(2Ec)값은 각각 인가전압 3V에서 9.1$\mu$C/$\textrm{cm}^2$과 85kV/cm이었고, 5V의 bipolar pulse 하에서 1010 cycle까지 피로현상이 나타나지 않았으며, 누설전류 밀도는 150kV/cm에서 7$\times$10-7A/$\textrm{cm}^2$의 값을 보였다. rf magnetron sputtering 으로 제조된 SBT박막은 비휘발성 메모리 소자에의 응용이 가능하다.

• 한국재료학회지
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• 제9권5호
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• pp.484-490
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• 1999

Pt/SiOz!Si의 기판위에 $(Pb,La)TiO_3$(PLT) 박막을 졸-겔 방법으로 제작하여 La 첨가량 및 후속열처리 온도에 따른 결정학적, 전기적 특성율 조사하였다. $600^{\circ}C$ 이상의 온도에서 열처리된 PLT 박막 시료의 경우 La 도핑량에 관계없이 전형적인 perovskite 결정구조를 보여 주었다. La이 전혀 첨가되지 않은 $(Pb,La)TiO_3$(PT) 시료에 10 mole% La을 첨가할 경우 (PLT-I0 시료) c축 배향도는 약 63%에서 26%로 크게 감소하였다. PLT-1O 박막시료의 깊이에 따른 AES 분석결과 박막내의 각 성분원소 들이 비교척 균일하게 분포되어 았고 하부전극(Pt)과 PLT 박막층 사이에는 상호반응없이 비교적 안정된 막을 형성하고 있음을 알 수 있었다. $600^{\circ}C$에서 열처리된 PLT-1O 박막의 유전상수$({\varepsilon}r)$ 와 유전정접 (tan$\delta$) 은 약 193과 0.02의 값을 나타내였다. 후속열처리 온도를 $600^{\circ}C 에서 700^{\circ}C$로 증가함에 따라 잔류분극$(2Pr,Pr_+-Pr_-)$은 약 $4\muC\textrm{cm}^2 에서 약 16\muC\textrm{cm}^2$로 크게 증가하였으며 잔류 분극값의 증가는 후속열처리에 의해 결정성이 개선되었기 때문이라 판단된다. $30^{\circ}C$ 온도부근에셔 초전계수($\gamma$)는 약 $4.0nC/\textrm{cm}^2{\cdot}^{\circ}C$의 값을 냐타내었다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제4권2호
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• pp.29-34
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• 2003

Ferroelectric YMnO$_3$ thin films were etched with Ar/C1$_2$ and CF$_4$/C1$_2$ Plasma. The maximum etch rate of YMnO$_3$ thin film was 300 $\AA$/min at a Cl$_2$/Ar gas mixing ratio of 8/2, an RF power of 800 W, a do bias of-200 V, a chamber pressure of 15 mTorr, and a substrate temperature of 3$0^{\circ}C$. From the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis, yttrium was not only etched by chemical reactions with Cl atoms, but also assisted by Ar ion bombardments in Ar/C1$_2$ plasma. In CF$_4$/C1$_2$ plasma, yttrium formed nonvolatile YF$_{x}$ compounds and remained on and the etched surface of YMnO$_3$. Manganese etched effectively by forming volatile MnCl$_{x}$ and MnF$_{y}$. From the X-ray diffraction (XRD) analysis, the (0004) diffraction peak intensity of the YMnO$_3$ thin film etched in Ar/Cl$_2$ plasma shows lower than that in CF$_4$/Cl$_2$ plasma. It indicates that the crystallinty of the YMnO$_3$ thin film is more easily damaged by the Af ion bombardment than the changes of stoichiometry due to nonvolatile etch by-products.cts.s.

• 한국자기학회지
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• 제15권1호
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• pp.21-24
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• 2005

강자성, 초거대자기저항체인 $La_{0.67}Sr_{0.33}MnO_{3}$ 타겟을 이용하여 248nm의 파장을 갖는 KrF 엑시머 레이저를 사용한 PLD법으로 박막으 제작하고, 강유전체 물질인 $PbZr_{0.52}Ti_{0.48}O_{3}$ 물질을 spin coating 방법으로 제조하였다. Pt 기관(111)위에 125 mtorr의 산소분압으로 증착한 rhombohedral 구조를 갖는 LSMO 박막을 증착하고 그 위에 PZT 물질을 증착한 결과 LSMO, PZT en 물질 모두 단일상으로 [111]방향으로서의 성장하였음을 알 수 있었다. AFM(atomic force micrscope) data 및 SEM(scanning electron microscope) data를 바탕으로 매우 균질한 박막을 얻었음을 알 수 있었으며, 이때의 자기적 성질 및 전기적 성질은 각각 강자성적인 성질 및 강유전체적인 성향을 나타내었다. 이러한 결과를 가지고 박막증착에 있어서 서로간의 결정구조가 미치는 영향과 다른 경향에 대한 조절이 가능함을 알 수 있었다.