Sol-gel 법으로 PLT(28) 박막을 제작하여, 박막의 구조적 및 전기적 특성을 조사하였다. XRD와 AFM 관찰결과, $650^{\circ}C$에서 annealing 된 박막은 완전한 perovskite 구조를 가지며 표면거칠기도 22$\AA$ 으로 양호한 값을 나타내었다. Pt/TiO$_{x}$SiO2/Si 기판위에 PLT(28) 박막을 증착시켜 planar 형태의 캐패시터를 제작하여 전기적 특성을 조사하였다. 그 결과, PLT(28) 박막은 상유전상을 가지며,10kHz에서 비유전률과 유전손실은 761 과 0.024 이었다. 또, 5V에서 전하축적 밀도와 누설전류밀도는 각각 134fC/$\mu$m2 과 1.01 $\mu$A/cm2 이었다. 이로부터, PLT(28) 박막이 차세대 DRAM 용 캐패시터 절연막으로 사용될 수 있는 유망한 재료라고 생각된다.다.
Modulation frequency dependences of the pyroelectric properties of PLT (P $b_{1-x}$ L $a_{x}$$Ti_{1-x}$ 4/ $O_3$) thin films with La concentrations of 5, 10 and 15㏖% have been investigated by using the dynamic method. The PLT thin film with 10㏖% of the La concentration (PLT(10) thin film) shows the most excellent pyroelectric properties among the films. For PLT(10) thin film, the pyroelectric coefficient shows the maximum value of 6.6$\times$10$^{-9}$ C/$\textrm{cm}^2$ㆍK without frequency dependence. The figure of merits for the voltage responsivity and specific detectivity are 1.03$\times$10$^{-11}$ Cㆍcm/J and 1.46$\times$10$^{-9}$ Cㆍcm/J, respectively. Voltage responsivity corresponding to the pyroelectric voltage is almost constant at low modulation frequency and decreases in proportional to frequency at high modulation frequency. Voltage responsivity is 5.15 V/W at 8Hz. Noise equivalent power (NEP) and specific detectivity ( $D^{*}$) of the PLT(10) thin film are 9.93$\times$10$^{-8}$ W/H $z^{1}$2/ and 1.81$\times$10$^{6}$ cmH $z^{1}$2/W at the frequency of 100Hz, respectively. The results indicate that PLT(10) thin film is very suitable for pyroelectric IR sensors.s.s.
The fabricated La-modified lead titanate (PLT) thin flim without paling treatment was investigated for modulation frequency dependence of pyroelectric properties by the dynamic method. $Pb_{1-x}La_{x}Ti_{1-x/4}O_{3}$ PLT (x=0.1) thin film having 10 mol% La content was deposited on a $Pt/TiO_{x}/SiO_{2}/Si$ substrate by sol-gel method. The PLT(10) thin film exhibits a relatively excellent dielectric property. The pyroelectric coefficient (p) of the PLT(10) thin film is $6.6{\times}10^{-9}C/cm_{2}\cdot K$ without frequency dependence. The figure of merits for the voltage responsivity and specific detectivity are $1.03{\times}10^{-11}C\cdot cm/J$ and $1.46\times 10^{-9}C\cdot cm/J$, respectively. The PLT(10) thin film has voltage responsivity (Rv) of 5.15 V/W at 8 Hz. Noise equivalent power (NEP) and specific detectivity (D*) of the PLT(10) thin film are$9.93{\times}10^{-8}W/Hz^{1/2}$ and $1.81\times 10^{6}cmHz^{1/2}/W$ at the same frequency of 100 Hz, respectively. The results means that PLT thin film having 10 mol % La content is suitable for the sensing materials of pyroelectric IR sensors.
The fabricated La-modified lead titanate (PLT) thin flirt without poling treatment was investigated for modulation frequency dependence of pyroelectric properties by the dynamic method. $Pb_{1-x}La_{x}Ti_{1-x/4}O_3$PLT (x=0.1) thin film having 10 mol% La content was deposited on a Pt/$TiO_{x}$/$SiO_2$/Si substrate by sol-gel method. The PLT(10) thin film exhibits a relatively excellent dielectric property. The pyroelectric coefficient (p) of the PLT(10) thin film is 6.6 x $10^{-9}$C/$\textrm{cm}^2$.K without frequency dependence. The figure of merits for the voltage responsivity and specific detectivity are 1.03${\times}$$10^{-11}$/C.cm/J and 1.46 x $10^{-9}$C.cm/J, respectively. The PLT(10) thin film has voltage responsivity ($R_{V}$) of 5.15 V/W at 8 Hz. Noise equivalent power (NEP) and specific detectivity (D*) of the PLT(10) thin film are 9.93 x $10^{-8}$W/Hz$^{1/2}$ and 1.81 x $10^{6}$ cmHz$^{1/2}$/W at the same frequency of 100 Hz, respectively. The results means that PLT thin film having 10 mol % La content is suitable for the sensing materials of pyroelectric IR sensors.
분극처리 없이 제작한 lanthanum-modified lead titanate (PLT) 박막의 초전특성에 대한 변조 주파수 의존성을 dynamic method를 이용하여 조사하였다. La이 10mo1% 첨가된 Pb/sub l-x/La/sub x/Ti/sub l-x/4/O₃ (h=0.1) (PLT(10)) 박막을 Pt/TiO/sub x//SiO₂/Si 기판위에 acetate 계 precursor 을 이용한 sol-gel 법으로 제작하였다. 제작된 PLT(10) 박막은 비교적 우수한 유전특성을 보였다. 초전계수 (p) 는 주파수 의존성이 없이 6.6×10/sup -9/ C/㎠·K 을 나타내었다. 이를 이용하여 구한 전압감도와 비검출능을 위한 재료평가지수는 각각 1.03×10/sup -11/ C·㎝/J 과 1.46×10/sup -9/C·㎝/J 로 나타났다. 제작된 PLT(10) 박막 초전형 적외선 센서는 주파수 8Hz 에서 5.15v/w 의 전압감도 (Rv)를 가지며, 잡음등가전력 (NEP) 과 비검출능 (D/sup */) 은 동일한 주파수 100Hz 에서 각각 9.93×10/sup -8/W/Hz/sup 1/2/와 1.81×10/sup 6/cm·Hz/sup 1/2//W 의 최소값과 최대값을 나타내었다. 이와 같은 특성들은 PLT(10) 박막이 초전형 적외선 센서의 감지물질로 매우 적합함을 나타낸 것이다.
초전재료의 개발 및 박막화를 위하여 5, 10 및 15 mol%의 La 조성을 가지는 세라믹 PLT 시편 및 박막 PLT를 제조하여 그 특성을 분석하였다. PLT의 완전 소결과 Pb 성분의 휘발을 막기 위하여 TG/DTA를 사용하여 하소 및 소결온도를 결정하였다. PLT 세라믹 시편을 제조하기 위한 하소 및 소결온도는 각각 $850^{\circ}C$, $1150^{\circ}C$ 이고 더 높은 소결온도에서는 많은 질량 손실이 발생하였다. 세라믹 시편을 사용한 온도-유전율 특성의 측정으로 La 조성에 따른 PLT의 온도에 대한 유전특성을 조사하였다. 5, 10 및 15 mol%의 La 농도에 따라 PLT의 상전이점은 각각 $330^{\circ}C$, $269^{\circ}C$ 및 $210^{\circ}C$를 나타내었다. 제조된 PLT 시편을 사용하여 적외선 감지 특성을 확인하였고, 고주파 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 PLT 박막을 증착하였다. 다음으로 격자상수 및 광투과 특성을 통하여 완전 소결된 PLT 타겟으로 제작한 PLT 박막은 타겟과 동일한 구조를 가지고 있음을 확인하였다.
Sol-gel 법을 이용하여 Pt/TiO/sub x/SiO₂/Si 기판 위에 3.14×10/sup -4/㎠ 의 상부전극 면적을 갖는 PLT(5) 박막을 제작하여 스위칭 및 retention 특성에 대해 연구하였다. 4V 에서 3.56×10/sup -7/A/㎠의 누설전류밀도 값을 갖는 우수한 PLT(5) 박막에 펄스전압을 2V 에서 5V 까지 인가하였다. 펄스전압 증가에 따라 스위칭 시간은 0.52㎲ 에서부터 0.14㎲ 까지 감소하는 경향을 나타냈으며, 부하저항을 50Ω 에서 3.3Ω 으로 증가시킴에 따라 스위칭 시간이 0.14㎲에서 13.7㎲ 로 증가하는 것이 관찰되었다. 인가된 펄스 전압에 대한 스위칭 시간의 관계로부터 구한 활성화 에너지(Ea) 는 135kV/cm 이었다. PLT(5) 박막의 이력곡선과 분극 스위칭 실험으로부터 구한 switched charge density 사이의 오차는 약 10% 정도로 비교적 잘 일치하였으며, retention 특성은 105s 이후에도 약 8% 정도의 우수한 분극 감소 특성을 나타내었다.
We have measured the optical properties, thickness, and energy band gap of the P $b_{1-x}$/100/L $a_{x}$100/ $Ti_{1-}$0.25x/100/ $O_{3}$ (PLT(x)) thin film prepared by the sol-gel method with varying the La concentration, x, fyom 15 nto 33 mol%. We have obtained the values from the tranmission spectrum and employed the envelope method in anayzing the spectrum. We have also performed the simulation of the transmission spectrum on the PC (personal computer) to verify the accuracy of the values 15 to 33mol%, the refractive index (at .lambda.=632.8nm) increases from 2.39 to 2.44. The extinction coefficient does not depend on the la concentration but mainly on te wavelength, and has the values between 0.2 and 0.5 at the wavelength shorter than 330nm and between 0.001 and 0.008 at the wavelength longer than 700nm. The energy band gap of the PLT (x) thin film has been obtained on the assumption of the direct band-to-band transition. It decreases from 3.28 to 3.17eV as the La concentration increases from 15 to 33 mol%. The thickness of the PLT(x) thin film has been also obtained in high accuracy by the envelope method..
PLZT(10/30/70), PLT(10) 및 PZT(30/70) 와 같은 강유전체 박막의 이력곡선을 field-dependent polarization 모델을 이용하여 시뮬레이션하고, 측정한 실험적 결과와 비교, 분석하였다. PZT(30/70) 박막의 경우, 5V 이상의 인가전압에서 분극의 포화현상이 둔감하게 나타나고 시뮬레이션 값과의 차이도 심해 강유전체 분극이 순수한 dipole 외에도 다양한 전하의 영향을 받아 형성된다는 사실을 알 수 있다. 또, quasi-MFISFET 소자의 드레인 전류는 field-dependent polarization 모델의 강유전체 이력곡선에서 얻은 파라미터를 square-law FET 모델에 적용시켜 효과적으로 추출하였고, 모델링 결과는 실험값과 유사하였다. 그리고, quasi-MFISFET 소자의 gate 에 -10V의 'write' 전압을 인가한 상태에서 PZT(30/70) 박막을 사용한 경우, PLZT(10/30/70), PLT(10) 박막 보다 빨리 채널이 형성되었는데, 그 원인은 강유전체 박막에 따른 retention 특성에서 PZT(30/70) 박막의 분극 감소가 PLZT(10/30/70), PLT(10) 박막의 분극 감소 보다 약 3∼4 배 이상 크다는 점에서 찾을 수 있다.
고주파 마그네트론 스펏터링법으로 MgO 기판위에 제조된 PLT((PbLa)$TiO_{3}$) 박막의 제조변수에 따른 특성을 조사하였다. PbO 과잉인 타겟을 사용하였으며 기판온도, 분위기압, $Ar/O_{2}$, 및 고주파 전력밀도가 각각 $640^{\circ}C$, 10 mTorr, 10/1, 및 $1.7\;W/cm^{2}$ 일 때 가장 좋은 특성을 나타내었다. 이러한 조건에서 제조된 PLT 막은 증착율이 $62.5\;{\AA}/min$, Pb/Ti가 1/2, 비유전율이 200이였으며 좋은 c축 배양성과 결정성을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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