화학용액 증착법으로 제조된 희토류 금속으로 치환한 Bi(Fe0.975Cu0.025)O3-δ 박막의 전기적 특성 (Electrical Properties of Rare Earth Substituted Bi(Fe0.975Cu0.025)O3-δ Thin Films Prepared by Using Chemical Solution Deposition)

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 62권 / 8호 / 911 ~ 917페이지
· 저자명 : 배유리, 김진원, 김상수

초록

순수한 BiFeO_3(BFO) 박막과 BiFeO_3의 Bi^(3+)이온 일부를Dy^(3+)또는 Eu^(3+)이온으로 치환하고 Fe^(3+)이온일부를Cu^(2+) 이온으로 동시에 치환한(Bi_(0.9)Dy_(0.1))(Fe_(0.975)Cu_(0.025))O_(3-δ)(BDFC),(Bi_(0.9)Eu_(0.1))(Fe_(0.975)Cu_(0.025))O_(3-δ)(BEFC)박막을 Pt(111)/Ti/SiO_2/Si(100) 기판 위에 화학 용액 증착법으로성장시켰다. 성장시킨 박막들은 550℃의 질소 분위기에서 통상적인방법으로 열처리 하였으며 치환에 따른 박막의 미세구조와 전기적 특성변화를 측정, 비교 분석 하였다. BDFC와 BEFC 박막의 전기적 특성이순수한 BFO 박막에 비해 크게 향상되었는데 외부 전기장이 935 kV/cm 일때 잔류 분극(2P_r)과 항전기장(2E_c) 값은 각각 52 μC/㎠과 849 kV/cm, 49 μC/㎠ 과 981 kV/cm이었다. 또 외부 전기장이100 kV/cm 일 때 BFO와 BDFC, BEFC 박막의 누설 전류 밀도는 각각 2.60× 10^{-3} A/㎠과 2.07× 10^-4 A/㎠, 4.45× 10^-5} A/㎠이었으며, 1 kHz에서 측정한 유전상수와유전 손실 값은 각각 121과 0.049, 140과 0.037, 135와 0.040이었다.
이처럼 동시 치환한 박막들이 좋은 전기적 특성을 보이는 것은 치환에의해 산소 빈자리 수의 감소가 일어났기 때문이라고 보여진다.

영어초록

Pure 순수한 BiFeO_3(BFO),(Bi_(0.9)Dy_(0.1))(Fe_(0.975)Cu_(0.025))O_(3-δ)(BDFC) and (Bi_(0.9)Eu_(0.1))(Fe_(0.975)Cu_(0.025))O_(3-δ)(BEFC) thin films were prepared on Pt(111)/Ti/SiO_2/Si(100) substrates by using a chemical solution deposition method. The coated thin films were annealed at 550℃C for 30 min under a nitrogen atmosphere by using a conventional annealing process and the changes in the micro-structure and the electrical properties with doping were investigated. The micro-structure of the thin films was characterized by means of X-ray diffraction, Raman scattering spectroscopy and scanning electron microscopy. The BDFC and the BEFC thin films exhibited good hysteresis characteristics. The values of the remnant polarizations (2P_r) and the coercive fields(2E_c)of the BDFC and the BEFC thin films were 52 μ/C㎠ and 849kV/cm and 49 μC/㎠ and 981 kV/cm at an electric field of 935kV/cm, respectively. The leakage current densities of the BFO, BDFC and BEFC thin films were 2.60 × 10^-3 A/㎠, 2.07× 10^-4 A/㎠ and 4.45 × 10^-5 A/㎠ at an electric field of 100 kV/cm, respectively. Also the values of the dielectric constants and the dielectric loss of the BFO, BDFC and BEFC thin films were 121 and 0.049, 140 and 0.037, and 135 and 0.040at a frequency of 1 kHz, respectively. The improved electrical properties could be explained by the reduction of oxygen vacancies due to the substitution of Dy^3+, Eu^3+ and Cu^2+ions into BFO and by a change in the micro-structure.

참고자료

· 없음