본 연구에서는 MDFM (Metal-Dielectric-ferroelectric-Metal) 구조의 강유전체 캐패시터와 수정된 Sawyer-Tower 회로를 접목시켜 강유전체의 이력곡선을 정밀하게 계산하기 위한 모델을 제시하였다. 본 모델은 스위칭 쌍극자 분극의 수학적 표현을 수치적분 알고리즘에 적용하였으며, 강유전체와 하부전극사이에 dielectric 층을 포함시켜 피로특성을 고려할 수 있다. 본 모델의 예측치를 PLT(10) 강유전체 박막의 측정결과와 비교하여 본 모델의 유효성을 입증하였다.
Ferroelectric $Bi_4Ti_3O_{12}$ films were deposited on $SrTiO_3(100)$ and Si(100) substrate by using conductive $SrRuO_3$ films as underlayer, and their ferroelectric and electrical properties were investigated depending on crystal structure and orientation. C-axis oriented $Bi_4Ti_3O_{12}$ films were grown on well lattice-matched pseudo-cubic $SrRuO_3$ films deposited on $SrTiO_3(100)$ substrate, while random-oriented polycrystalline $Bi_4Ti_3O_{12}$ films were grown on $SrRuO_3$ films deposited on Si(100) substrate. The random-oriented polycrystalline film showed a good ferroelectric hysteresis property with remanent polarization ($P_r$) of $9.4{\mu}C/cm^2$ and coercive field ($E_c$) of 84.9 kV/cm, while the c-axis oriented film showed $P_r=0.64{\mu}C/cm^2$ and $E_c=47kV/cm$ in polarizaion vs electric field curve. The c-axis oriented $Bi_4Ti_3O_{12}$ film showed a dielectric constant of about 150 and lower thickness dependence in dielectric constant compared to the random-oriented film. Furthermore, the c-axis oriented $Bi_4Ti_3O_{12}$ film showed leakage current lower than that of the polycrystalline film. The difference of ferroelectric properties in two films was explained from the viewpoint of depolarization effect due to orientation of spontaneous polarization and layered crystal structure of bismuth-base ferroelectric oxide.
The perovskite ferroelectric materials of the PZT, SBT and BST series will attract much attention for application to ULSI devices. Among these materials, the BST ($Ba_0.6$$Sr_0.4$/$TiO_3$) is widely considered the most promising for use as an insulator in the capacitors of DRAMS beyond 1 Gbit and high density FRAMS. Especially, BST thin films have a good thermal-chemical stability, insulating effect and variety of Phases. However, BST thin films have problems of the aging effect and mismatch between the BST thin film and electrode. Also, due to the high defect density and surface roughness at grain boundarys and in the grains, which degrades the device performances. In order to overcome these weakness, we first applied the chemical mechanical polishing (CMP) process to the polishing of ferroelectric film in order to obtain a good planarity of electrode/ferroelectric film interface. BST ferroelectric film was fabricated by the sol-gel method. And then, we compared the surface characteristics before and after CMP process of BST films. We expect that our results will be useful promise of global planarization for FRAM application in the near future.
Switching behaviour of the ferroelectric thin film and device characteristics of the MFSFET (Metal-Ferroelectric-Semiconductor FET) are simulated with taking into account the accumulation of oxygen vacancies near interface between the ferroelectric thin film and the bottom electrode caused by the progress of fatigue. We show net switching current decreases due fatigue in the switching model. It indicates that oxygen vacancy strongly suppresses polarization reversal. The difference of saturation drain current of the device before fatigue is shown by the dual threshold voltages in I$_{D}$-V$_{D}$ curve as 6㎃/$\textrm{cm}^2$ and decreases as much as 50% after fatigue. Our simulation model is expected to play an important role in estimation of the behavior of MFSFET device with various ferroelectric thin films.lms.
PZT thin films, which are the representative ferroelectric materials in ferroelectric random access memory (FRAM), have some serious problem such as the imprint, retention and fatigue which ferroelectric properties are degraded by repetitive polarization. BL T thin film capacitors were fabricated by plasma etching, however, the plasma etching of BLT thin film was known to be very difficult. In our previous study, the ferroelectric materials such as PZT and BLT were patterned by chemical mechanical polishing (CMP) using damascene process to top electrode/ferroelectric material/bottom electrode. It is also possible to pattern the BLT thin film capacitors by CMP, however, the CMP damage was not considered in the experiments. The properties of BLT thin films were changed by the change of polishing pressure although the removal rate was directly proportional to the polishing pressure in CMP process.
In this study, ferroelectric (Ba,Sr)TiO$_3$ and high temperature superconductor YBCO thin films were fabricated by PLD (Pulsed Laser Deposition) method and tuneable bandstop filters were implemented with two different IDC(Interdigital Capacitance) gap patterns, 20${\mu}{\textrm}{m}$ and 30${\mu}{\textrm}{m}$ using these two thin film layers. The resonant frequency was changed by DC bias voltage. By comparing measured results with simulation, the dielectric properties of ferroelectric thin film have been extracted. The permittivity was 820 ~ 900 at 30 K and had an acceptable error range but the loss tangent had a great difference, 0.018 in 30${\mu}{\textrm}{m}$ IDC gap pattern and 0.037 in 20 ${\mu}{\textrm}{m}$.
한국전기전자재료학회 2006년도 영호남 합동 학술대회 및 춘계학술대회 논문집 센서 박막 기술교육
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pp.103-104
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2006
In this paper. we first applied the chemical mechanical polishing (CMP) process to the planarization of ferroelectric film in order to obtain a good planarity of electrode/ferroelectric film interlace. $Pb_{1.1}(Zr_{0.52}Ti_{0.48})O_3$ (shortly PZT) ferroelectric film was fabricated by the sol-gel method. And then. we compared the structural characteristics before and alter CMP process of PZT films. Their dependence on slurry composition was also investigated. We expect that our results will be useful promise of global planarization for ferroelectric random access memories (FRAM) application in the near future.
A poly(vinylidene fluoride-trifluoroethyene) (P(VDF-TrFE)) copolymer thin film having ${\beta}$ phase was prepared by sol-gel method. The electrical properties of the film were studied to evaluate the possibility for appling to a ferroelectric random access memory. In order to characterize its electrical properties, we produced a MFS (metal-ferroelectric-semiconductor) structure by evaporation of Au electrodes. The C-V (capacitance-voltage) measurement revealed that the Au/P(VDF-TrFE)/Si structure with a 4 wt% film had a memory window width of about 0.5V for a bias voltage sweep of 1V.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제1권1호
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pp.1-14
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2001
Current status and prospects of FET-type FeRAMs (ferroelectric random access memories) are reviewed. First, it is described that the most important issue for realizing FET-type FeRAMs is to improve the data retention characteristics of ferroelectric-gate FETs. Then, necessary conditions to prolong the retention time are discussed from viewpoints of materials, device structure, and circuit configuration. Finally, recent experimental results related to the FET-type memories are introduced, which include optimization of a buffer layer that is inserted between the ferroelectric film and a Si substrate, development of a new ferroelectric film with a small remnant polarization value, proposal and fabrication of a 1T2C-type memory cell with good retention characteristics, and so on.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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