Recent discoveries of ferroelectric properties in ultrathin doped hafnium oxide (HfO2) have led to the expectation that HfO2 could overcome the shortcomings of perovskite materials and be applied to electron devices such as Fe-Random access memory (RAM), ferroelectric tunnel junction (FTJ) and negative capacitance field effect transistor (NC-FET) device. As research on hafnium oxide ferroelectrics accelerates, several models to analyze the polarization switching characteristics of hafnium oxide ferroelectrics have been proposed from the domain or energy point of view. However, there is still a lack of in-depth consideration of models that can fully express the polarization switching properties of ferroelectrics. In this paper, a Zr-doped HfO2 thin film based metal-ferroelectric-metal (MFM) capacitor was implemented and the polarization switching dynamics, along with the ferroelectric characteristics, of the device were analyzed. In addition, a study was conducted to propose an applicable model of HfO2-based MFM capacitors by applying various ferroelectric switching characteristics models.

본 연구에서는 강유전성 고분자를 이용하여 제작된 100 nm 이하 두께를 가지는 박막형 커페시터의 측정 주파수에 따른 분극 반전 특성을 측정, 분석하였다. 고정된 박막 두께에 대해, 인가되는 최고 전기장의 세기가 증가할수록 더 높은 항전계에서 분극 반전이 발생되었다. 고정된 최고 전기장에 대해, 박막의 두께에 무관하게 같은 항전계에서 분극 반전이 발생되었다. 모든 측정에서 로그스케일 전기장 및 로그스케일 주파수의 관계에서 약 0.12 ± 0.01의 비례 상수를 보였다. 결과적으로, 강유전체 고분자 커페시터가 40 nm 두께까지는 size effect 없이 일정한 분극 반전 특성을 보였다. 본 연구는 저전압 동작 고분자 메모리 소자의 동작 예측에 유용할 것이므로 저전압에서 동작 가능한 고분자 메모리 소자의 가능성을 보여준다.

The effects of Nb doping on the crystal structure, microstructure, and dielectric ferroelectric and piezoelectric properties of (Bi0.5Na0.5)0.935Ba0.065Ti(1-x)NbxO3-0.01SrZrO3 (BNBTNb-SZ, with x = 0, 0.01 and 0.02) ceramics have been investigated. X-ray diffraction patterns revealed that all ceramics have a pure perovskite structure with tetragonal symmetry. The grain size of the ceramics slightly decreased and a change in grain morphology from square to spherical shape was observed in the Nb-doped samples. The maximum dielectric constant temperature (Tm) increases with increasing amount of Nb; however, ferroelectric-relaxor transition temperature (TF-R) and maximum dielectric constant (εm) values decrease gradually. Nb addition disrupted the polarization hysteresis loops of the BNBT-SZ ceramics by leading a reduction in the remnant polarization coercive field and piezoelectric constant.

분산된 유전입자를 가지는 OLED는 입자의 표면 상태에 의하여 새로운 부가적인 결과를 나타내게 된다. 본 논문에서는 유전입자가 분산된 Polyfluorene (PFO) 발광 층과 두 개의 전극을 가지는 간단한 구조의 PFO-base OLED를 제작하고 분산된 나노입자들이 분산을 위한 제작공정에서 필수적으로 발생하는 표면상태변화가 소자에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. Spin-coating 공법으로 제작된 PFO-base OLED는 극소량 첨가된 유전입자의 고른 분산을 위한 공정이 필요하며 이 공정으로 인해 입자의 표면에서 scratch 가 증가 하고 , 또한 입자의 분쇄가 이루어 지기도 한다. 교반 시간의 증가는 표면 scratch와 입자의 분쇄를 증가시키게 되고, 이는 입자크기의 감소와 분쇄된 입 자끼리의 응집을 증가시켜 소자의 electrical conditioning을 변화시켰고 나아가 발광 특성에 영향을 주었다. 실험 결과 9시간 정도의 교반시간에서 입자의 표면전하로 인해 electrical conditioning이 개선되고 이로서 소자의 발광휘도가 최대 2.5배 이상 증가하였다. 반면에 교반시간이 증가하면 소자의 전반적인 휘도는 다소 감소하는 결과를 나타내었다. 이는 표면전하 증가와 함께 분산이 고르게 되지 않기 때문인 것으로 생각된다.

전도성 고분자 PFO(Polyfluorene)에 양전극 ITO와 음전극으로 AI 를 추가한 단순한 양극성 구조의 ITO/PFO/Al 소자를 제작하였다. PFO에 BaTIO₃나노세라믹스 분말을 중량비로 0wt%, 10wt%, 20wt% 와 30wt% 로 달리한 4종류의 시편에 만들고, Keithley 사의 2400 Sourcemeter를 이용하여 0V에서 21V까지 DC전압을 인가하면서 소자에 흐르는 전류량을 관찰하였다. 수 나노 크기의 BaTIO₃분말의 첨가는 PFO/AI 계면에서의 전위장벽을 감소시켜 Fowler-Nordheim Tunneling이 시작되는 전압이 BaTIO₃가 첨가되지 않은 시편의 경우에 비하여 7V에서 최대 10V가 낮아진 결과를 얻었다. 소자에 흐르는 최대 전류값은 인가 전압 DC21V일 때 BaTIO₃첨가량에 비례하여 4배에서 5.5배까지 증가하였다. BaTIO₃의 첨가효과는 20wt% 이상 첨가된 경우 효과가 포화되기 시작하여, 30wt%의 BaTIO₃를 첨가한 시편의 전류량은 오히려 감소하였고 전류주입도 어려워지는 상반된 결과를 얻었다. 이것은 첨가한 나노 분말의 표면전하가 만드는 미세전계의 영향이 인접한 거리에서 서로 중첩되어 전류의 흐름이 오히려 감소하는 결과를 보인 것을 판단된다. 이로서 강유전체가 첨가된 전도성 고분자/금속 계면의 I-V 특성은 나노 세라믹스 분말의 표면전하가 만드는 국소미세전계의 영향을 받아 Trap Charge Limited Current 모델에 부합하는 결과를 가짐을 알 수 있었다.

(Na, K) NbO3 thick film was successfully achieved using a sol-gel coating process with the addition of polyvinylpyrrolidone (PVP) to a metal alkoxide solution. The transparent coating solution, mixed with Nb:PVP = 1:1 in a molar ration, was synthesized by evaporating the solvent to over 62.5 wt%. Additive PVP increased the viscosity of the solution so that the coating thickness could be enhanced. The thickness of the (Na, K) NbO3 film assisted by PVP was ca. 320 nm at the time of deposition; this value is four times thicker than that of the sample fabricated without PVP. Also, due to PVP binding with the OH groups of the metal alkoxide, the condensation reaction in the film was suppressed. The crystalline size of the (Na, K) NbO3 films assisted by PVP was ca. 15 nm smaller than that of the film fabricated without PVP. After the sintering process at 700˚C, the (Na, K) NbO3 films were mainly composed of randomly oriented (Na, K) NbO3 phase of perovskite crystal structure, including a somewhat secondary phase of K2Nb4O11. However, by adding PVP, the content of the secondary phase became quite smaller than that of the sample without PVP. It was thought that the addition of PVP might have the effect of restraining the loss of potassium and that PVP could hold metalloxane by strong hydrogen bonding before complete decomposition. Therefore, the film thickness of the (Na, K) NbO3 films could be considerably advanced and made more crack-free by the addition of PVP.

Phase transition in ferroelectric polymer is very interesting behavior and has been widely studiedfor real device applications, such as actuators and sensors. Through the phase transition, there is structuralchange resulting in the change of electrical and optical properties. In this study, we fabricated the Febry-Perotinterferometer with the thin film of ferroelectric P(VDF-TrFE) 50/50mol% copolymer, and thermo-opticalproperties were investigated. The effective thermo-optical coefficient of P(VDF-TrFE) was obtained as 2.3~3.8×10-4/K in the ferroelectric temperature region (45oC~65oC) and 6.0×10-4/K in the phase transition temperatureregion (65oC~85oC), which is a larger than optical silica-fiber and PMMA. The resonance transmission peakof P(VDF-TrFE) with the variation of temperature showed hysteretic variation and the phase transitiontemperature of the polymer in heating condition was higher than in the cooling condition. The elimination ofthe hysteretic phase transition of P(VDF-TrFE) is necessary for practical applications of optical devices.

1mm-thick BLT ceramics were sintered in accordance with a bulk ceramic fabrication process. All XRD peaks detected in the sintered ceramics were indexed as the Bi-layered perovskite structure without secondary phases. Density was increased with increasing the sintering temperature up to and the maximum value was about 98% of the theoretical density. The remanent polarization (2Pr) value of BLT ceramic sintered at was approximately at the applied voltage of 4.5kV. From these results, a BLT ceramic target for plused laser deposition (PLD) system was successfully fabricated.

다양한 Zr/Ti 비율을 갖고 있는 강유전체 PZT박막을 졸-겔 법으로 증착하였고 상부 백금전극의 제조방법과 열처리온도의 변화에 따라 강유전체 특성을 측정하여 이력곡선의 변형 원인을 조사하였다. Pt/PZT/Pt 캐패시터는 상부 백금전극을 반응성 이온 식각(RIE) 하는 과정에서 생성된 dc plasma 전압에 의하여 양의 방향으로 분극되었고 도메인 계면에 포획된 전하에 의해 내부전장이 발생되었다. PZT 박막은 sputtering으로 상부전극을 증착하는 과정에서 이력곡선의 중간에 잘룩하게 되는 시효현상이 관찰되었다. 상부전극을 제작한 후 열처리는 포획된 전하를 제거시켜 양호한 이력곡선 특성을 되찾게 하였다. Zr/Ti 비율이 감소함에 따라 내부전장이 증가하였으며 내부전장이 없어지는 열처리온도가 증가하였다.

강유전성 액정 분자 배향을 위해 열방성 고분자 액정물질을 배향막으로 사용하고 그표면 morphology를 AFM(Atomic Forced Microscope)으로 관찰한 결과 잘 배향된 sample cell에서도 microgroove 구조가 나타나지 않았음을 관찰하였다. 잘 배향된 sample cell 23:1의 contrast ratio를 보이면서 memory 효과를 나타내었다. 또한 20V의 AC field로 안정화시키자 전형적인 stripe-shaped 무늬가 나타났다.

Pt/SiOz!Si의 기판위에 (Pb,La)TiO3(PLT) 박막을 졸-겔 방법으로 제작하여 La 첨가량 및 후속열처리 온도에 따른 결정학적, 전기적 특성율 조사하였다. 600˚C 이상의 온도에서 열처리된 PLT 박막 시료의 경우 La 도핑량에 관계없이 전형적인 perovskite 결정구조를 보여 주었다. La이 전혀 첨가되지 않은 (Pb,La)TiO3(PT) 시료에 10 mole% La을 첨가할 경우 (PLT-I0 시료) c축 배향도는 약 63%에서 26%로 크게 감소하였다. PLT-1O 박막시료의 깊이에 따른 AES 분석결과 박막내의 각 성분원소 들이 비교척 균일하게 분포되어 았고 하부전극(Pt)과 PLT 박막층 사이에는 상호반응없이 비교적 안정된 막을 형성하고 있음을 알 수 있었다. 600˚C에서 열처리된 PLT-1O 박막의 유전상수(εr) 와 유전정접 (tanδ) 은 약 193과 0.02의 값을 나타내였다. 후속열처리 온도를 600˚C 에서 700˚C로 증가함에 따라 잔류분극(2Pr,Pr+-Pr-)은 약 4μCcm2 에서 약 16μCcm2로 크게 증가하였으며 잔류 분극값의 증가는 후속열처리에 의해 결정성이 개선되었기 때문이라 판단된다. 30˚C 온도부근에셔 초전계수(γ)는 약 4.0nC/cm2·˚C의 값을 냐타내었다.

하부전극 없이 MgO 중간층을 갖는 고농도로 도핑된 Si(100) 기판(MgO/Si)위에 고주파 마그네트론 스퍼터링 방법으로 as-deposited PZT 박막을 증착한후 650˚C 온도에서 RTA 후속열처리를 실시하였다. 제작된 PZT 박막시료에 대해 MgO 중간층의 두께 및 후속열처리에 따른 결정학적, 전기적특성을 조사하였다. XRD 분석결과 MgO층이 전혀 증착되지 않은 bare Si 기판위에 증착된 PZT 시료는 pyrochlore 결정상만이 나타났으나 50 두께의 M gO층 위에 증착된 PZT/MgO/Si 박막시료는 전형적인 perovskite 결정구조를 나타내었다. SEM 및 AES 분석결과 PZT 박막두게는 약 7000 이었으며 비교적 매끄러운 계면형상을 보여 주었다. PZT 박막내의 각 성분원소가 깊이에 따라 비교적 균일한 분포를 나타내었다. 650˚C의 온도로 후속열처리된 PZT/MgO/Si 박막의 1KHz 주파수에서 유전상수 (εr )와 잔류분극 (2Pr)은 약 300 및 14μC/cm2의 값을 각각 나타내었으며 누설전류의 크기는 약 3.2μA/cm2이었다.