솔-젤법으로 제작한 BFO/PZT 박막의 용매에 따른 구조적, 전기적 특성 (Structural and Electrical Properties of Sol-gel Derived BFO/PZT Thin Films with Variation of Solvents)

서지정보

· 발행기관 : 한국전기전자재료학회
· 수록지 정보 : 전기전자재료학회논문지 / 24권 / 11호 / 895 ~ 899페이지
· 저자명 : 조창현, 이주

초록

특정 온도범위에서 강유전 특성과 강자성 특성을 함께 나타내는 물질을 다강체(multiferroic)라 한다. 최근 이러한 다강체 재료는 반도체 메모리소자, spintronic 소자 그리고 각종 센서로의 응용을 위해 많은 연구자들에 의해 재료 개발 및 특성 연구에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다 [1,2]. BiFeO3(BFO) 물질은 다강체 물질의 하나이며, 능면체정계의 결정구조를 갖는 페로브스카이트형 물질이다. 특히 BFO는 실온에서 강유전상(TC=1123 K)과 반강유전상(TN= 643 K)이 공존하는 물질로써, 단결정의 경우 77 K에서 [001] 방향과 [111] 방향의 자발분극값이 각각 3.5 μC/㎠와 6.1 μC/㎠의 양호한 전기적 특성을 나타낸다 [3]. 그러나 BFO 물질은 시편 소결 시 Fe3+ 이온이 Fe2+ 이온으로 변화함에 따른 높은 누설전류 및 전도도 특성에 의해 실온부근에서 낮은 강유전 특성을 나타내며, 실용소자로의 응용에 있어 제약요소로 작용하고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 많은 연구자들에 의해 페로브스카이트 결정구조의 A-자리에 La, Nd 또는 B-자리에 Mn, Ti 등의 원소를 치환시키거나 [4,5], Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), BaTiO3 (BT) [6,7] 등의 물질과 고용체를 제작하여 구조적, 전기적 특성의 향상을 위한 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 BFO 물질의 높은 누설전류 특성을 개선시키고, 유전적 특성을 향상시키기 위해 솔-젤법으로 제조한 BFO와 PZT 물질을 스핀 코팅법을 이용하여 상호 교태로 적층시킨 다층구조의 BFO/PZT 박막을 제작하고자 하였다. 특히 솔-젤법으로 BFO 코팅용액을 제조하는 경우, 박막의 질에 큰 영향을 미치는 용매 물질로써 각각 HNO3 + H2O와 acetic acid + 2-methoxyethanol 혼합 용액을 사용함으로써 박막의 구조적, 전기적 특성에 미치는 영향에 대해 고찰하였다.

영어초록

Multiferroic BFO/PZT(5/95) multilayer films were fabricated by spin-coating method on the Pt/Ti/SiO₂/Si substrate alternately using BFO and PZT(9/95) alkoxide solutions. The structural and dielectric properties were investigated with variation of the solvent and the number of coatings. All films showed the typical XRD patterns of the perovskite polycrystalline structure without presence of the second phase such as Bi₂Fe₄O₃. BFO/PZT multilayer thin films showed the typical dielectric relaxation properties with increase an applied frequency. The average thickness of 6-coated BFO/PZT multilayer film was about 600 nm. The dielectric properties such as dielectric constant, dielectric loss and remnant polarization were superior to those of single composition BFO film, and those values for BFO/PZT multilayer film were 1199, 0.23% and 12 μC/㎠.

참고자료

· 없음