졸-겔 방법으로 SiO₂/Si 기판 위에 제작된 (Bi,La)Ti₃O₁₂ 강유전체 박막의 특성 연구

Characterization of (Bi,La)Ti₃O₁₂ Ferroelectric Thin Films on SiO₂/Si/Si Substrates by Sol-Gel Method

졸-겔(Sol-Gel)법으로 SiO₂/Si 기판 위에 Bi₃.₃La₀.₇Ti₃O₁₂(BLT) 강유전체 박막을 스핀코팅하여 Metal-Ferroelectric-Insulator-Silicon 구조의 캐패시터 소자를 제작하였다. 열처리하지 않은 BLT 박막시료를 650℃와 700℃의 온도에서 열처리함으로서 임의 배향을 가지는 퍼롭스카이트 결정구조를 나타내었다. 열처리 온도를 650℃에서 700℃로 증가시킴에 따라서 (117) 주피크의 full width at half maximum(FWHM)값이 약 0.65°에서 0.53°로 감소하여 결정성이 개선되었으며 결정립 크기와 R_rms 값이 증가하면서 박막표면이 거칠어지는 경향을 보여주었다. 700℃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 3.1×10⁻⁸A/cm²을 나타내었다.

The Bi₃.₃La₀.₇O₁₂(BLT) capacitors with Metal-Ferroelectric-Insulator-Silicon structure were prepared on SiO₂/Si substrates by using sol-gel method. The BLT thin films annealed at 650℃ and 700℃ showed randomly oriented perovskite crystalline structures. The full with at half maximum (FWHM) of the (117) main peak was decreased from 0.65° to 0.53° with increasing the annealing temperature from 650℃ to 700℃, indicating the improvement in the crystalline quality of the film. In addition, the grain size and R_rms , values were increased with increasing the annealing temperatures, showing the rough film surface at higher annealing temperatures. From the capacitance-voltage (C-V) measurements, the memory window voltage of the BLT film annealed at 700℃ was found to be about 0.7 V at an applied voltage of 5 V. The leakage current density of the BLT film annealed at 700℃ was about 3.1×10⁻⁸A/cm².