The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.6
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pp.1175-1177
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2011
The SBN thin films were deposited on Pt/Ti/$SiO_2$/Si and p-type Si(100) substrate by rf magnetron sputtering method using $Sr_{0.7}Bi_{2.3}Nb_2O_9$ ceramic target. SBN thin films deposited were annealed at 600~800[$^{\circ}C$] by furnace in oxygen atmosphere during 40min. The polarization characteristics have been investigated to confirm the possibility of the SBN thin films for the application to destructive read out ferroelectric random access memory. The maximum remanent polarization and the coercive voltage are 0.6[${\mu}C/cm^2$], 1.2[V] respectively at annealing temperature of 800[$^{\circ}C$]. The leakage current density was the $2.57{\times}10^{-6}[A/cm^2]$ at an applied voltage of 5[V] at annealing temperature of 650[$^{\circ}C$]. Also, the fatigue characteristics of SBN thin films did not change up to $10^8$ switching cycles.
In this paper, the imparct of X-ray and plasma process-induced-damages to La doped Lead Zirconate Titanate (PLZT, (Pb1-xLa)(Zr0.5Ti0.5)O3) capacitor characteristics have been investigated from the viewpoint of gigabit scale dynamic random access memory (DRAM) applications. Plamsa damage causes asymmetric degradation on hysteresis characteristics of PLZT films. On the other hand, X-ray damage results in a symmetrical reduction of charge storage densities (Qc's) for both polarities. As La concentration increases in the films, the radiation hardness of PLZT films on X-ray and plasma exposures is improved. It is observed that the damaged devices are fully recovered by thermal annealing under oxygen ambient.
정보처리의 다양화, 고속화를 위하여 장래의 집적회로는 다량의 정보를 단시간에 처리하지 않으면 안된다. 종래, 3년에 4배의 고집적화가 실현되어 LSI개발에 기술 견인차의 역할을 하고 있는 DRAM(Dynamic Random Access Memory)은 미세화기술의 한계를 우려하면서도 오히려 개발에 박차를 가하고 있다. 이러한 DRAM의 미세, 대용량화에는 미세가공 기술, 새로운 메모리 셀과 트랜지스터 기술, 새로운 회로 기술, 그 이외에 재료박막기술, Computer aided design/Design automation(CAD/DA) 기술, 검사평가기술 혹은 소형팩키지(package)기술등의 광범위한 기술발전이 뒷받침되어 왔다. 그 중에서 미세가공 기술 및 새로운 트랜지스터 기술과 메모리 셀 기술을 중심으로 개발 동향을 살펴보고 최근에 발표된 1Gbit DRAM의 시제품 기술에 대하여 분석해 보기로 한다.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.08a
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pp.115-116
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2012
The demand for flexible electronic systems such as wearable computers, E-paper, and flexible displays has increased due to their advantages of excellent portability, conformal contact with curved surfaces, light weight, and human friendly interfaces over present rigid electronic systems. This seminar introduces three recent progresses that can extend the application of high performance flexible inorganic electronics. The first part of this seminar will introduce a RRAM with a one transistor-one memristor (1T-1M) arrays on flexible substrates. Flexible memory is an essential part of electronics for data processing, storage, and radio frequency (RF) communication and thus a key element to realize such flexible electronic systems. Although several emerging memory technologies, including resistive switching memory, have been proposed, the cell-to-cell interference issue has to be overcome for flexible and high performance nonvolatile memory applications. The cell-to-cell interference between neighbouring memory cells occurs due to leakage current paths through adjacent low resistance state cells and induces not only unnecessary power consumption but also a misreading problem, a fatal obstacle in memory operation. To fabricate a fully functional flexible memory and prevent these unwanted effects, we integrated high performance flexible single crystal silicon transistors with an amorphous titanium oxide (a-TiO2) based memristor to control the logic state of memory. The $8{\times}8$ NOR type 1T-1M RRAM demonstrated the first random access memory operation on flexible substrates by controlling each memory unit cell independently. The second part of the seminar will discuss the flexible GaN LED on LCP substrates for implantable biosensor. Inorganic III-V light emitting diodes (LEDs) have superior characteristics, such as long-term stability, high efficiency, and strong brightness compared to conventional incandescent lamps and OLED. However, due to the brittle property of bulk inorganic semiconductor materials, III-V LED limits its applications in the field of high performance flexible electronics. This seminar introduces the first flexible and implantable GaN LED on plastic substrates that is transferred from bulk GaN on Si substrates. The superb properties of the flexible GaN thin film in terms of its wide band gap and high efficiency enable the dramatic extension of not only consumer electronic applications but also the biosensing scale. The flexible white LEDs are demonstrated for the feasibility of using a white light source for future flexible BLU devices. Finally a water-resist and a biocompatible PTFE-coated flexible LED biosensor can detect PSA at a detection limit of 1 ng/mL. These results show that the nitride-based flexible LED can be used as the future flexible display technology and a type of implantable LED biosensor for a therapy tool. The final part of this seminar will introduce a highly efficient and printable BaTiO3 thin film nanogenerator on plastic substrates. Energy harvesting technologies converting external biomechanical energy sources (such as heart beat, blood flow, muscle stretching and animal movements) into electrical energy is recently a highly demanding issue in the materials science community. Herein, we describe procedure suitable for generating and printing a lead-free microstructured BaTiO3 thin film nanogenerator on plastic substrates to overcome limitations appeared in conventional flexible ferroelectric devices. Flexible BaTiO3 thin film nanogenerator was fabricated and the piezoelectric properties and mechanically stability of ferroelectric devices were characterized. From the results, we demonstrate the highly efficient and stable performance of BaTiO3 thin film nanogenerator.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.06a
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pp.236-236
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2008
(Bi,La)$Ti_3O_{12}$(BLT) thin film is one of the most attractive materials for ferroelectric random access memory (FRAM) applications due to its some excellent properties such as high fatigue endurance, low processing temperature, and large remanent polarization [1-2]. The authors firstly investigated and reported the damascene process of chemical mechanical polishing (CMP) for BLT thin film capacitor on behalf of plasma etching process for fabrication of FRAM [3]. CMP process could prepare the BLT capacitors with the superior process efficiency to the plasma etching process without the well-known problems such as plasma damages and sloped sidewall, which was enough to apply to the fabrication of FRAM [2]. BLT-CMP characteristics showed the typical oxide-CMP characteristics which were related in both pressure and velocity according to Preston's equation and Hernandez's power law [2-4]. Good surface roughness was also obtained for the densification of multilevel memory structure by CMP process [3]. The well prepared BLT capacitors fabricated by CMP process should have the sufficient ferroelectric properties for FRAM; therefore, in this study the electrical properties of the BLT capacitor fabricated by CMP process were analyzed with the process parameters. Especially, the effects of CMP pressure, which had mainly affected the removal rate of BLT thin films [2], on the electrical properties were investigated. In order to check the influences of the pressure in eMP process on the ferroelectric properties of BLT thin films, the electrical test of the BLT capacitors was performed. The polarization-voltage (P-V) characteristics show a decreased the remanent polarization (Pr) value when CMP process was performed with the high pressure. The shape of the hysteresis loop is close to typical loop of BLT thin films in case of the specimen after CMP process with the pressures of 4.9 kPa; however, the shape of the hysteresis loop is not saturated due to high leakage current caused by structural and/or chemical damages in case of the specimen after CMP process with the pressures of 29.4 kPa. The leakage current density obtained with positive bias is one order lower than that with negative bias in case of 29.4 kPa, which was one or two order higher than in case of 4.9 kPa. The high pressure condition was not suitable for the damascene process of BLT thin films due to the defects in electrical properties although the better efficiency of process. by higher removal rate of BLT thin films was obtained with the high pressure of 29.4 kPa in the previous study [2].
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.5
no.6
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pp.223-226
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2004
The PZT thin films are one of well-known materials that has been widely studied for ferroelectric random access memory (FRAM). We etched the PZT thin films by $CF_{4}/(Cl_{2}+Ar)$ plasma and investigated improvement in etching damage by $O_{2}$ annealing. The maximum etch rate of the PZT thin films was 157 nrn/min and that the selectivity of the PZT thin films to Pt was 3.1 when $CF_{4}(30{\%})$ was added to a $Cl_{2}(80{\%})/Ar(20{\%})$ gas mixing ratio. To improve the ferroelectric properties of PZT thin films after etching, the samples were annealed for 10 min at various temperatures in $O_{2}$ atmosphere. After $O_{2}$ annealing, the remanent polarization of the asdeposited films was $34.6{\mu}/cm^{2}$ and the sample annealed at 650, 550, and $450^{\circ}C$ was 32.8, 22.3, and $18.6{\mu}/cm^{2}$, respectively. PZT thin films with $O_{2}$ annealing at $450^{\circ}C$ retained $77{\%}$ of their original polarization at 106 cycles. Also as the annealing temperature increased, the fatigue properties improved. And the leakage current was decreased gradually and almost recovered to the as-deposited value after the annealing at $450^{\circ}C$.
$SrBi_2Nb_2O_9(SBN)$ thin films were grown on Pt/Ti/Si and p-type Si(100) substrates by rf-magnetron co-sputtering method using two ceramic targets, $SrNb_2O_6\; and \;Bi_2O_3$. The structural and electrical characteristics have been investigated to confirm the possibility of the SBN thin films for the applications to destructive and nondestructive read out ferroelectric random access memory(FRAM). For the optimum growth condition X-ray diffraction patterns showed that SBN films had well crystallized Bi-layered perovskite structure after $700^{\circ}C$ heat-treatment in furnace. From this specimen we got remnant polarization $(2P_r)$ of about 6 uC/$\textrm{cm}^2$ and coercive voltage $(V_c)$ of about 1.5 V at an applied voltage of 5 V. The leakage current density was $7.6{\times}10^{-7}$/A/$\textrm{cm}^2$ at an applied voltage of 5V. And for the NDRO-FRAM application, properties of SBN films on Si substrate has been investigated. From transmission electron microscopy (TEM) analysis, we found the furnace treated sample had a native oxide about 2 times thicker than the RTA treated sample and this thick native oxide layer had a bad effect on C-V characteristics of SBN/Si thin film. After $650^{\circ}C$ RTA process, we got the improved memory window of 1.3 V at an applied voltage of 5 V.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2002.05b
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pp.74-77
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2002
Ferroelectric Random Access Memory(FRAM) and MEMS applications require noble metal or refractory metal oxide electrodes. In this study, Ru thin films were etched using $O_2$+10% $CF_4$ plasma in an inductively coupled plasma(ICP) etching system. The etch rate of Ru thin films was examined as function of rf power, DC bias applied to the substrate. The enhanced etch rate can be obtained not only with increasing rf power and DC bias voltage, but also with small addition $CF_4$ gas. The selectivity of $SiO_2$ over Ru are 1.3. Radical densities of oxygen and fluorine in $CF_4/O_2$ plasma have been investigated by optical emission spectroscopy(OES). The etching profiles of Ru films with an photoresist pattern were measured by a field emission scanning electron microscope (FE-SEM). The additive gas increases the concentration of oxygen radicals, therefore increases the etch rate of the Ru thin films and enhances the etch slope. In $O_2$+10% $CF_4$ plasma, the etch rate of Ru thin films increases up to 10% $CF_4$ but decreases with increasing $CF_4$ mixing ratio.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2003.11a
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pp.125-125
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2003
PZT(Pb(Zr,Ti)O3)는 우수한 강유전 특성을 가지기 때문에 FRAM (Ferroelectric Random Access Memory) 소자에 응용하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 스퍼터에 의해 증착된 PZT는 처음에 pyrochlore상으로 존재하다가 후 열처리를 통해 이력 특성을 나타내는 perovskite상으로 천이된다. 일반적인 furnace열처리 방법은 고온에서의 장시간 열처리가 요구되고 Pb-loss현상이나 TiO2와 같은 이차상의 생성 그리고 하부 Pt전극의 roughness증가 및 crack과 같은 문제점이 있다. 최근 들어 후 열처리를 RTA로 이용하는 연구가 진행되고 있는데 이는 열처리 시간이 짧기 때문에 위와 같은 문제점을 개선할 수 있었다. 하지만 RTA방법 또한 어느 정도의 thermal budget이 존재하고 추가적 장비가 필요하며 기판의 전체적 가열공정이므로 다른 CMOS공정과 compatibility가 떨어진다. 따라서 본 실험에서는 위와 같은 문제를 해결하고자 노력을 집중하였고 이를 위한 새로운 열처리 방법을 개발하였다. 즉 Pt 하부전극에 전압(전류)을 인가하여 순간적으로 고온으로 결정화시키는 새로운 공정을 모색하였는데 이와 같은 방법은 열처리를 위한 추가적인 장비가 필요없고 국부적으로 순간적인 가열이기 때문에 glass기판에도 적합하며 RTA보다 승온시간 및 열처리 시간이 짧기 때문에 thermal budget도 줄일 수 있었다.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2002.07b
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pp.570-573
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2002
Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PZT) thin films were deposited on the Pt/Ti bottom electrode by rf magnetron sputtering method from target containing 5%, 25% and 50% Pb excess for applying ferroelectric random access memory (FRAM). PZT films were deposited at $300^{\circ}C$ and then they were crystallized by rapid thermal annealing (RTA) at $700^{\circ}C$. After RTA treatment, our results showed that all PZT films indicated perovskite polycrystalline structure with preferred orientation (110) and no pyrochlore phase was observed by X-ray diffraction (XRD) and by Scanning electron microscopy (SEM). A well-fabricated PZT film of excess Pb 25% capacitor showed a leakage current density in the order of $2.63{\times}10^{-7}A/cm^2$ at 100kV/cm, a remanent polarization of $3.385{\mu}C/cm^2$ and a coercive field of 41.32 kV/cm. The results showed that Pb excess of target affects to electrical properties of PZT thin film.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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