Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology (한국결정성장학회지)

The Korea Association of Crystal Growth (한국결정성장학회)
권호 표지

An effect of component layers on the phases and dielectric properties in $PbTiO_3$ thin films prepared from multilayer structure

다층구조박막으로부터 $PbTiO_3$ 박막 제조시 요소층이 상형성 및 유전특성에 미치는 영향

  • Do-Won Seo (Dept. of Inorganic Materials Engineering, Hanyang University, Seoul 133-791, Korea) ;
  • Song-Min Nam (Dept. of Inorganic Materials Engineering, Hanyang University, Seoul 133-791, Korea) ;
  • Duck-Kyun Choi (Dept. of Inorganic Materials Engineering, Hanyang University, Seoul 133-791, Korea)
  • Published : 1994.12.01
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Abstract

To improve the properties of $PbTiO_3$ thin films successfully grown by thermal diffusion of 3 component layers of $Ti0_2/Pb/TiO_2(900{\AA}/900{\AA}/900{\AA})$ in preceding research, 3, 5, 7, 9, and 11 multilayer structures $(TiO_2/Pb/.../Tio_2)$ with thinner component layer of $200~300 {\AA}$ thick were deposited on Si substrate by RF sputtering, which were followed by RTA to form $PbTiO_3$ thin films. As a result, $PbTiO_3$ single phase was formed above $500^{\circ}C$. When the thickness of component layer reduced and the number of component layers increased, suppression of Pb-silicate and voids formation resulted in relatively sharp interfaces and the film composition became more homogeneous. Relative dielectric constants in MIM structure were independent of the annealing condition, but they increased with increasing thickness of the $PbTiO_3$ thin films. The maximum breakdown field in MIS structure reached 150kV/cm.

선행연구[1] 즉, $Ti0_2/Pb/TiO_2(900{\AA}/900{\AA}/900{\AA}/)$ 3층구조박막으로부터 열확산에 의해 상형성이 가능하였던 $PbTiO_3$ 박막의 특성을 개선하기 위하여 스퍼터링법을 이용하여 Si기판위에 각 요소층의 두께를 $200~300 {\AA}$으로 얇게하고 적층수를 3,5,7,9,11층$(TiO_2/Pb/.../Tio_2)$으로 변화시켜가며 다층구조박막을 형성한 후 이를 RTA 처리하여 $PbTiO_3$ 박막을 제조하였다. 그 결과 $500^{\circ}C$ 이상에서 단일상의 $PbTiO_3$가 형성되었다. 또한 요소층의 두께를 얇게하고 적층수를 늘려서 열처리한 결과 Pb-silicate 및 void 생성이 억제되어 우수한 계면상태를 유지하였으며 조성도 보다 균일해지는 양상을 나타내었다. $PbTiO_3$ 박막의 MiM구조에 C-V 특성으로부터 측정된 유전상수는 열처리 조건에 따른 경향을 나타내지 않았으나 적층수가 많아져 박막의 두께가 증가 할수록 유전상수가 증가하였다. MIS 구조의 $PbTiO_3$ 박막의 I-V 특성 측정 결과 절연파괴강도는 최고 150kV/cm이었다.

Keywords