| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2007년 가을 (11/02 ~ 11/02, 성균관대학교) |
| 권호 | 13권 2호 |
| 발표분야 | 전자재료 |
| 제목 | Ultra thin PbTiO3 films prepared by gas phase reaction sputtering |
| 초록 | 강유전체 박막을 이용한 비휘발성 메모리에 대한 연구는 오랜 시간동안 많은 연구가 이루어 지고 있다. 비휘발성 메모리는 빠른 작동 속도, 작은 비트(bit) 크기 그리고 저장된 데이터를 안정적으로 장시간 유지시킬 수 있어야 한다. 강유전체 물질 중 메모리 소자로 응용하기 가장 우수한 소재는 페로브스카이트 구조의 PZT계열로서 잔류 분극량이 크고 스위칭을 위한 coercive filed가 작다는 장점이 있다. 그 중 PbTiO3 (PTO) 는 자발 분극값 (Ps)이 가장 큰 재료로서 강유전체를 활용한 메모리 디바이스로 활용에 상당한 잠재력을 가지고 있다. 최근 이러한 강유전체 박막을 이용한 비휘발성 메모리 응용 시 저장 밀도의 한계를 극복하기 위해 강유전체의 크기 효과에 대해 많은 연구가 이루어 지고 있다. 강유전체 박막의 두께를 얇게 제조할 경우 박막의 두께방향으로 완벽히 분극이 이루어진 10 nm 정도의 작은 도매인을 기록할 수 있으며 결국 저장 밀도를 1 Tb/in2 이상으로 향상 시킬 수 있다. 얇은 PTO 박막을 제조하기 위해 Zr 을 buffer layer로 하여 Pt 하부 전극층을 dc-magnetron sputtering 방법으로 증착하였다. Pt 층의 표면 평활도를 제어하기 위해 증착 파워, 압력, 온도를 변화시켰으며 박막의 응력 분석을 통해 이러한 증착 변수들의 영향을 파악하였다. 최적화된 조건에서 제조된 Pt 박막 상부에 7 nm 두께의 TiO2 seed layer을 증착하였으며 PbO 가스상 반응 sputtering을 통해 20 nm 두께의 PTO박막을 제조하였다. TiO2 seed layer는 PTO의 핵생성을 위한 active sites를 증가시키는 역할을 하여 페로브스카이트상의 PTO 박막이 쉽게 생성될 수 있게 하였다. d33 hysteresis loop 과 piezoelectric force microscope (PFM) 이미지를 통하여 증착된 PTO박막의 강유전성을 확인할 수 있었다. Grain boundary 와 강유전체 박막과 하부 전극층 사이의 계면에 존재하는 lattice mismatching, vacancies, space charges 등의 defect들이 charge되어 있으며, 강유전체 도매인들이 이러한 전하들과 balance를 맞추어 안정화되어있어 도매인 스위칭은 쉽지 않았다. 이러한 전하들 뿐만 아니라 강유전체 박막과 하부전극층의 work function차이로 발생한 built-in-potential이 박막의 polarization imprint현상을 가져왔다. 결론적으로 가스상 반응 sputtering 방법을 이용하여 20 nm 두께의 얇고 평활한 PTO박막을 제조할 수 있었으며 이는 고밀도 메모리 디바이스의 가능성을 보여줄 수 있었다. |
| 저자 | 김지윤1, Simon Bühlmann2, 김윤석1, 박문규1, 김용관2, 홍승범2, 노광수1 |
| 소속 | 1한국과학기술원 신소재공학과 전자 및 광학재료 연구실, 2삼성종합기술원 Semiconductor Device Lab. |
| 키워드 | 강유전체; 비휘발성 메모리; 가스상 반응 sputtering; ultra thin film |
