| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2004년 가을 (11/05 ~ 11/05, 인하대학교) |
| 권호 | 10권 2호 |
| 발표분야 | 세라믹스 |
| 제목 | c축이 아닌 배향성을 갖는 에피탁시 강유전 Bi 3.25 La 0.75 Ti 3 O 12 박막의 구조 및 전기적 특성 |
| 초록 | 1. 서론 Bi-layered perovskite 구조를 갖는 강유전체인 Bi3.25La0.75Ti 3O12(BLT)는 결정학적으로 이방성이 강한 재료이기 때문에 에피택시 박막은 c축의 배향성을 가지면서 쉽게 성장한다. 그러나, c축으로 배향된 BLT 박막은 필름의 수직방향을 따른 잔류 분극값이 대략 5μC/cm2 미만으로 상당히 작기 때문에 박막의 전기적 특성이 저하되는 단점이 있다. 따라서, FRAM이 요구하는 전기적 특성을 만족시키기 위해 c축이 아닌 배향성을 갖는 에피택시 BLT 박막의 성장이 상당히 중요하다. BLT와 같이 구조적, 전기적 이방성이 큰 물질의 경우 기판과 격자 상수 불일치로 인한 탄성 응력이 분극 특성에 더욱 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 아직까지는 c축이 아닌 방향으로 자란 BLT박막에 대한 연구가 미비한 실정이다. 우수한 전기적 특성을 가진 고집적의 강유전 FRAM 소자 구현을 위해 이에 대한 미세 구조 및 결함에 대한 연구가 반드시 선행되어야 한다. 본 연구는 (111)면을 가진 SrTiO3(STO) 기판위에 c축이 아닌 우선 성장 방위를 갖는 에피택시 BLT 박막을 성장시켜 이에 따른 미세구조 및 결함을 분석하고 전기적 특성을 고찰하고자 한다. 2. 실험 방법 에피택시 BLT 박막의 결정성을 향상시키기 위해 적절한 화학 에칭과 열처리 방법을 통해 STO (111) 기판 표면을 termination시켜서 terrace 구조를 만들었다. 이러한 기판을 사용하여 R. F. magnetron sputtering법으로 BLT박막을 증착하였다. 또한, terrace를 갖지 않는 as-cleaned 상태의 기판 위에도 BLT박막을 증착하여 해당 특성을 비교하여 보았다. 구조적 특성을 살펴보기 위하여 XRD(X-ray diffractometer)와 AFM(Atomic Force Microscope, Digital instruments)이용하여 박막의 결정성 및 표면 형상을 분석하였으며, 탄성 응력 변화에 따라 생성되는 박막 내부의 미세 구조의 변화 및 결함의 양상을 FE-TEM(JEM-2010F)의 명시야상(BF)과 선택영역회절(SADP)을 이용하여 분석해 보았다. 또한, RT 6000S와 HP 4156A를 이용하여 잔류분극과 누설 전류와 같은 전기적 특성을 측정하였다. 3. 결과 terrace를 갖는 STO (111) 기판위에 (208)면을 가진 에피택시 BLT박막이 증착되었다. X-ray pole figure 측정결과 3-fold symmetry를 갖는 twinned BLT로 성장하였음을 확인하였다. TEM 단면 시편을 만들어 관찰한 결과 증착된 BLT박막은 70nm정도의 두께와 비교적 평탄한 표면 거칠기를 갖고 있었으며, 필름 안에서 pseudo-uniformity를 갖는 영역이 존재하였다. 이에 반해 as-cleaned 상태의 기판위에 증착한 BLT박막의 경우 면 방향과 symmetry는 terrace를 갖는 기판의 결과와 같았지만 에피택시 성장 과정 중에 심한 표면 거칠기를 가지면서 strain field 가 걸려 있음을 알 수 있었다. 3D island 성장을 함으로써 표면 거칠기가 나빠진 것으로 보여진다. 한편, (208) 배향성을 갖는 BLT박막은 약25μC/cm2 정도의 잔류 분극값을 보였다. |
| 저자 | 이용석, 서주형, 박찬경 |
| 소속 | 포항공과대 |
| 키워드 | BLT; SrTiO3; Thin film |
