PZT (52/48)박막의 후열처리온도에 따른 구조, 강유전 특성 및 홀 농도의 변화 (Changes in the Crystal Structure, the Ferroelectric Properties, and the hole Concentration for PZT (52/48) Thin Films as a Function of the Annealing Temperature)

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 57권 / 5호 / 347 ~ 352페이지
· 저자명 : 전호진, 박성민, 박광서

초록

솔-젤 (sol-gel)방법으로 Pt (111)/Ti/SiO$_2$/Si 기판 위에
PbZr$_{0.52}$/Ti$_{0.48}$O$_3$ 박막을 제작하여 후열처리 (post
annealing)의 온도가 이력곡선 및 홀 (hall) 농도에 미치는 영향을
분석하였다. 엑스레이 회절 (x-ray diffraction) $\theta - 2\theta$
측정 결과 모든 박막은 대체적으로 (100)과 (111)로 우선 성장하였음을
확인했으며, 예상과는 다르게 650 $^\circ$C에서 후열처리한 박막의 잔류
분극값 ($P_r$)이 40 $\mu$C/cm$^2$ 이상으로 가장 컸는데, 이는 (100)과
(111) 엑스레이 봉우리의 강도가 가장 큰 것으로부터 결정성이 향상된
것으로 이해할 수 있었다. 또한, 후열처리 온도가 증가하면서 항전계
($E_c$) 값도 85 kV/cm로 증가한 것은 (100)과 (200) 봉우리의 강도
또한 커지면서 구역 (domain)의 반전에 영향을 미친 것으로 이해할 수
있었다. 분극값과는 대조적으로 가장 높은 후열처리온도인 675 $^\circ$C
에서 처리한 박막은 가장 높은 축전용량을 나타내었는데, PZT를 반도체로
간주하여 C - V방법으로 확인한 홀 농도는 1.9 $\times$ 10$^{14}$개
정도로 가장 작은 것으로 보아 높은 후열처리 온도에 의한 납 (Pb)
빈자리의 증가에 따른 홀 농도의 증가보다는 PZT의 유전특성의 증가가 주
요인이었다는 사실을 알 수 있었다.

영어초록

We analyzed the effect of the post-annealing temperature on the
hysteresis curves and the hole concentrations for
PbZr$_{0.52}$/Ti$_{0.48}$O$_3$ thin films deposited on Pt
(111)/Ti/SiO$_2$/Si substrates by using a sol-gel method. We found
that all films were predominantly (100) and (111) oriented. Contrary
to expectations, a remanent polarization value of 40 $\mu$C/cm$^2$
was observed in the film annealed at 650 $^\circ$C, which is the
highest one in the films. This is believed to have originated from
an enhancement of the crystallization, which was verified by the
intensities of both the (100) and the (111) X-ray peaks being
highest. In addition, the fact that the coercive field increased as
the annealing temperature was increased is due to the change in
domain switching coming from the increases in the intensities of the
(100) and the (200) X-ray peaks. Compared to the polarization value,
the film annealed at 675 $^\circ$C had the highest value of the
capacitance. Based on the lowest hole concentration of the films,
which was about 1.9 $\times$ 10$^{14}$, evaluated from the C-V
measurement with PZT being considered as semiconductor, we believe
that the highest capacitance mainly arises from an enhancement of
the dielectric properties of the PZT thin film, not from an increase
in the hole concentration induced by an increase in the number of Pb
vacancies at higher annealing temperatures.

참고자료

· 없음