In this study, ultra thin films of ferroelectric vinylidene fluoride-trifluoroethylene (VF2-TrFE) copolymer were fabricated on degenerated Si (n+, $0.002\;{\Omega}{\cdot}cm$) using by spin coating method. A 1~5 wt% diluted solution of purified vinylidene fluoride-trifluoroethylene (VF2:TrFE=70:30) in a dimethylformamide (DMF) solvent were prepared and deposited on silicon wafers at a spin rate of 2000~5000rpm for 30 seconds. After annealing in a vacuum ambient at $200^{\circ}C$ for 60 min, upper gold electrodes were deposited by vacuum evaporation for electrical measurement. X-ray diffraction results showed that the VF2-TrFE films on Si substrates had $\beta$-phase of copolymer structures. The capacitance on $n^+$-Si(100) wafer showed hysteresis behavior like a butterfly shape and this result indicates clearly that the dielectric films have ferroelectric properties. The typical measured remnant polarization (2Pr) and coercive filed (EC) values measured using a computer controlled a RT-66A standardized ferroelectric test system (Radiant Technologies) were about $0.54\;C/cm^2$ and 172 kV/cm, respectively, in an applied electric field of ${\pm}0.75\;MV/cm$.
졸-겔(Sol-Gel)법으로 $SiO_2/Si$ 기판 위에 $Bi_{3.3}La_{0.7}O_{12}$(BLT) 강유전체 박막을 스핀코팅하여 Metal-Ferroelectric-Insulator-Silicon 구조의 캐패시터 소자를 제작하였다. 열처리하지 않은 BLT 박막시료를 $650^{\circ}C$와 $700^{\circ}C$의 온도에서 열처리함으로서 임의 배향을 가지는 퍼롭스카이트 결정구조를 나타내었다. 열처리 온도를 $650^{\circ}C$에서 $700^{\circ}C$로 증가시킴에 따라서 (117) 주피크의 full width at half maximum(FWHM)값이 약 $0.65^{\circ}$에서 $0.53^{\circ}$로 감소하여 결정성이 개선되었으며 결정립 크기와 $R_rms$ 값이 증가하면서 박막표면이 거칠어지는 경향을 보여주었다. $700^{\circ}C$에서 열처리한 BLT 박막시료에 대해 인가 전압에 따른 정전용량(C-V)값을 측정한 결과 5V의 인가전압에서 메모리 원도우 값이 약 0.7V를 보여주었으며, 3V의 인가전압에서 누설전류 값이 약 $3.1{\times}10^{-8}A/cm^2$을 나타내었다.
MFISFET (Metal-ferroelectric-nsulator-semiconductor-field effect transistor)에의 적용을 위해 CeO$_2$와 SrBi$_2$Ta$_2$O$_{9}$ 박막을 각각 r.f. sputtering 및 pulsed laser ablation법으로 제조하였다. CeO$_2$ 박막은 증착시 스퍼터링개스비 (Ar:O$_2$)에 따른 특성을 고찰하였다. Si(100) 기판 위에 $700^{\circ}C$에서 증착된 CeO$_2$ 박막들은 (200)방향으로 우선방향성을 가지고 성장하였고 $O_2$ 개스량이 증가함에 따라 박막의 우선방향성, 결정립도 및 표면거칠기는 감소하였다. C-V특성에서는 Ar:O$_2$가 1 : 1인 조건에서 제조된 박막이 가장 양호한 특성을 보였다. 제조된 박막들의 누설전류값은 100kV/cm의 전계에서 $10^{-7}$ ~$10^{-8}$ A의 차수를 보였다. CeO$_2$/Si 기판위에 성장된 SBT는 다결정질상의 치밀한 구조를 가지고 성장을 하였다 80$0^{\circ}C$에서 열처리된 SBT박막으로 구성된 MFIS구조의 C-V 특성에서 memory window 폭은 0.9V를 보였으며 5V에서 4$\times$$10^{-7}$ A/$\textrm{cm}^2$의 누설전류밀도를 보였다.
(Bi$_2$O$_2$)$^{2+}$층 사이에 두 개의 Ta-O 팔면체로 연결된 Bi 계의 층상 페로브스카이트 구조인 SrBi$_2$Ta$_2$O$_{9}$ (SBT) 박막을 XPS를 이용하여 깊이별 화학 상태 변화를 분석하였다. 아르곤 이온으로 SBT 박막을 식각하면, SBT 박막의 각 구성물들은 가속 Ar$^{+}$ 이온의 에너지에 따라 변화한다. SBT 각 구성물 중 Sr 3d의 화학 상태는 Ar$^{+}$ 이온의 에너지변화에 따라 근소하게 변화한다. 반면에, Ta 4f와 Bi 4f의 화학 상태 변화는 인가되는 Ar$^{+}$ 이온 에너지에 확실하게 의존한다. 특히, Bi 4f는 Sr과 Ta에 비해 낮은 Ar$^{+}$ 이온 에너지에서도 Bi-O의 화학 상태가 금속 Bi 화학 상태로 현저하게 변화한다. 이러한 SBT 박막의 화학 상태 변화는 산호 원자의 선택적인 식각 때문에 발생하며 선택적인 식각은 SBT 박막 내에서 각 구성물과 산소간의 질량 차이와 각 구성물의 열적 안정성에 의존함을 알 수 있다.
The MFIS capacitors were fabricated using a metalorganic decomposition method. Thin layers of $CeO_2$ were deposited as a buffer layer on Si substrate and BLT thin films were used as a ferroelectric layer. The electrical and structural properties of the MFIS structure were investigated. X-ray diffraction was used to determine the phase of the BLT thin films and the quality of the $CeO_2$ layer. The morphology of films and the interface structures of the BLT and the $CeO_2$ layers were investigated by scanning electron microscopy. The width of the memory window in the C-V curves for the MFIS structure is 4.78 V. The experimental results show that the BLT-based MFIS structure is suitable for non-volatile memory FETs with large memory window.
The MFIS capacitors were fabricated using a metalorganic decomposition method. Thin layers of $ZrO_2$ and $CeO_2$ were deposited as a buffer layer on Si substrate and BLT thin films were used as a ferroelectric layer. The electrical and structural properties of the MFIS structure were investigated. X -ray diffraction was used to determine the phase of the BLT thin films and the quality of the $ZrO_2$ and $CeO_2$ layer. AES show no interdiffusion and the formation of amorphous $SiO_2$ layer is suppressed by using the $ZrO_2$ and $CeO_2$ film as buffer layer between the BLT film and Si substrate. The width of the memory window in the C-V curves for the $BLT/ZrO_2/Si$ and $BLT/CeO_2/Si$ structure is 2.94 V and 1.3V, respectively. The experimental results show that the BLT-based MFIS structure is suitable for non-volatile memory FETs with large memory window.
The BLT thin film and MgO buffer layer were fabricated using a metalorganic decomposition method and the DC sputtering technique. The MgO thin film was deposited as a buffer layer on $SiO_2/Si$ and BLT thin films were used as a ferroelectric layer. The electrical of the MFIS structure were investigated by varying the MgO layer thickness. TEM showsno interdiffusion and reaction that suppressed by using the MgO film as abuffer layer. The width of the memory window in the C-Y curves for the MFIS structure decreased with increasing thickness of the MgO layer Leakage current density decreased by about three orders of magnitude after using MgO buffer layer. The results show that the BLT and MgO-based MFIS structure is suitable for non-volatile memory FETs with large memory window.
본 연구에서는 RF sputtering법을 이용하여 Si기판 위에 SBN 박막을 증착시켜서, 온도 범위 600~800[$^{\circ}C$]에서 열처리를 하였는데, 650[$^{\circ}C$]에서 열처리된 박막의 경우 표면거칠기는 약 0.42[nm]로 나타났으며, 누설전류밀도는 전압 범위 -5~+5[V]에서 10-5[$A/cm^2$] 이하로 안정된 값을 나타내었다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제30권8호
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pp.927-933
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2006
The structural and electrical characteristics of PLZT thin films fabricated onto $Pt/IrO_2/Ir/Ti/SiO_2/Si$ substrates by a pulsed laser deposition were investigated to develop the high dielectric thin films for capacitor layer of semiconductor memory devices The slim region 14/50/50 PLZT thin films were fabricated by PLD and estimated the characteristics for memory application 14/50/50 PLZT thin films have crystallize into perovskite structure at the $600^{\circ}C$ deposition temperature, 200 mTorr of oxygen pressure, and 2 $J/cm^2$ of laser energy density. In this condition PLZT thin films had the dielectric constant as high as 985, storage charge density 8.17 ${\mu}C/cm^2$ and charging time 0.20 ns. Leakage current density was less than $10^{-10}A/cm^2$ up to 5 V bias voltage.
Among the ferroeletric thin films that have been widely investigated for ferroelectric random access memory (FRAM) applications, the $SrBi_2Ta_2O_9$ (SBT) thin film is appropriate as a memory capacitor material due to its excellent fatigue endurance. SBT thin films were etched in high-density $Cl_2/Ar$ in inductively coupled plasma. The maximum etch rate of SBT film is $1834\;{\AA}/min$ under $Cl_2/(Cl_2+Ar)$ of 30 %, rf power of 700 W, dc-bias voltage of -250 V, chamber pressure of 11 mTorr and gas flow rate of 20 sccm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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