강유전체의 특성 및 원리

소개글

강유전체의 특성 및 원리

목차

1. 강유전체 재료의 기본적 특성
1) 메모리 보존(retentiom) 특성
2) 피로(fatigue) 특성
3) 임프린트(imprint) 특성
강유전체의 활용
2. 자기이력곡선 (Hysteresis Loop, B-H 곡선
1) 초기자화곡선 (Virgin Curve)
2) 잔류자기 (Residual Magnetism)
3) 항자력 (Coercive Force)
4) 자기이력곡선의 완성

본문내용

1. 강유전체 재료의 기본적 특성

1) 메모리 보존(retentiom) 특성
메모리 보존 특성의 열화는 <그림 1>에 나타낸 바와 같이, 분극량이 시간의 경과와 더불어 감소하는 현상이다. 이 특성이 바로 비휘발성 메모리의 데이터 보존 시간을 결정한다. 히스케리시스 특성으로부터 설명하면, <그림 3(a)>는 실제의 강유전체 메모리에서 측정된 데이터 “1”과“0”에 해당하는 비트선의 전압 레벨이 85℃에서 보존 시간의 경과에 대해 어떻게 변화하는가를 나타내고 있다. 비트선 전압이 보존 시간의 대수 관계를 가지며 직선적으로 감소하는 것을 알 수 있다. 보존 특성은 대부분 강유전체 재료의 특성에 의하여 결정되며, 보존 특성을 개선하는 데는 강유전체 재료 자신의 특성을 개선할 필요가 있다.

<그림 1> 강유전체 재료의 메모리 보존 특성. (a) 데이터 보존 동작 중의 히스테리시스 변환, (b) 실제 강전체 메모리에서 측정한 비트선 전압 레벨의 보존 시간 의존성






2) 피로(fatigue) 특성
피로 특성은 강유전체 재료의 분극 반전을 반복하는 사이에, <그림 2>에 나타낸 바와 같이 분극량이 점차로 감소하는 현상을 말한다. 이 현상이 현저해지면, 메모리 셀의 바꾸어쓰기 동작 회수가 제한됨은 물론, 파괴적 읽어내기 방식을 이용하는 capacitor형 FeRAM의 경우에는 읽어내기 동작의 회수도 동시에 제한된다. 특히 이러한 피로 특성은 1T/1C형 메모리 셀의 기준 전압을 제공하는 기준 셀에게는 큰 문제가 아닐 수 없다. 특, 기준 셀 자신이 강유전체를 사용한 capacitor이기 때문에, 피로 특성에 의한 동작 열화에 의해 기준 전압의 값이 변동할 우려가 있기 때문이다. 특히, 기준 셀은 그 외의 셀에 비해 접근 회수가 많아, 재료 자신의 피로 특성이 불량할 경우, 전체 메모리 셀의 동작에 큰 영향을 미친다.

<그림 2>강유전체 재료의 피로 특성. +와 - 펄스의 반복인가에 대해 분극 특성이 열화하는 현상

피로특성은 동작 전압, 전극 재료, 강유전체 재료 등의 변수에 크게 의존한다. 전압 의존성은 고전압이 인가되는 경우일수록 피로 열화 현상이 현저하다. 전극 재료는 IrO2등의 산화물 전극을 이용하면 피로 특성이 좋아진다. 그 원리는 IrO2이 Pb, Zr, Ti등 구성 원소에 대한 확산 방지층으로 가능하기 때문이라고 보고되어 있다. 한편, 피로 열화 현상은 전극과 강유전체 계면에서 산소 결함이 축적되기 때문에 발생하는데, 산화물 전극은 전극으로부터 산소 공급이 가능하기 때문에, 비교적 양호한 피로 특성을 유지한다는 학설이 지배적이지만, 정확한 피로 특성 기구에 대해서는 아직 밝혀지지 않고 있다. 강유전체 잴 자체에 있어서는, PZT 보다 SBT가 피로 내성이 좋은 것으로 알려져 왔으나, 최근 강유전체 성막기술의 개선과 산화물 전극 등의 사용에 의하여 PZT에서도 SBT와 동일한 정도의 피로 내성이 실현되고 있다.

참고 자료

없음