일반기술

강유전체 기억소자 및 센서용 단결정 PZT 박막

최근 PZT의 높은 유전률과 높은 압전상수, 우수한 분극특성 등을 이용하여 FRAM, DRAM과 같은 강유전체 박막 기억소자 및 미세감지장치(Microsensor), 미세구동소자(Microactuator) 등을 제작하려는 연구가 활발히 진행중에 있다. 그러나 PZT 박막은 동작 전압에서의 큰 누설전류와 낮은 파괴전장뿐만 아니라, 동작을 반복함에 따라 특성이 저하되는 전기적 피로현상(fatigue), 시간에 따라서 정보가 손실되는 노화현상(aging) 정보가 고착되는 imprint현상등과 같은 열화현상(degradation) 때문에 실용화에 제한을 받고 있다. 이는 주로 산소공공과 같은 결함들이 결정립계나 전극과의 계면에 축적되어 공간 전하를 생성하기 때문에 발생한다고 보고되어 있으며, 특히 결정립계에는 국부적으로 높은 전압이 인가되어 누설 전류가 많이 흐르고 낮은 전압에서 쉽게 절연 파괴(dielectric breakdown)된다. 본연구에서는 rosette형태로 성장하는 PZT 박막의 결정화 과정을 조절하여 우수한 특성을 나타내는 단결정립 PZT 박막의 제작에 성공하였다. 동시스퍼터링법으로 PZT 박막을 형성할 때 Ta을 첨가하여 결정립을 크게 할 수 있었으며 PZT 박막 위에 Pt 상부전극을 증착한 후 복사 가열 방식으로 Pt 상부 전극 주위의 온도만 급속히 상승시킴으로써 rosette을 선택적으로 성장시켜 단결정립 PZT 박막을 제작하였다.다결정립 PZT 박막의 주요 열화 요인인 결정립계가 없는 단결정립 PZT 박막은 우수한 전도특성(JLC~110-8A/㎝2), 유전특성(r도12,000), 분극특성(Pr도15C/㎝2, QC도35C/㎝2), 피로특성을 나타내었으며 이는 초고집적 기억소자 및 미세구동소자와 미세감지장치 등에 적용이 가능하다.