Ferroelectric properties of relaxed Pb(Zr_(0.3)Ti_(0.7))O_(3) thin films as a function of SrRuO_(3) electrode thickness
- 주제(키워드) 강유전체 박막 , 강유전성 , Pb(Zr_(0.3)Ti_(0.7))O_(3)
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 박광서
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 물리학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000046615
- 저작권 서강대학교의 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록/요약
강유전 비휘발성 메모리의 고집적화를 위하여 박막의 크기 효과(size effect)와 임계 두께(critical thickness)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있는 반면에 강유전 박막의 단일성장(epitaxial growth)을 위해 필수적인 산화물 전극의 크기에 관한 연구는 거의 진행된 바가 없다. 본 논문에서는 대표적인 산화물 전극인 SrRuO3(SRO)의 두께를 조절하여 강유전 박막 특성의 변화를 관찰하고 분석하였다. SRO의 두께를 달리하여 PbZr0.3Ti0.7O3 (PZT) 축전기를 제작하되 전극의 두께가 달라지며 발생하는 고유한 강유전 성질을 알아보기 위하여 변형효과(strain effect)를 제거한 PZT를 제작하였다. PZT 박막의 항전기장(coercive field)과 자발분극(spontaneous polarization)은 전극의 두께가 증가하며 점진적으로 감소하였으며, 이는 전극 두께의 증가에 따른 박막의 이완이 심화되어 구역(domain)을 반전시키는 데 필요한 분극값이 줄고 더불어 이에 필요한 에너지가 줄은 것으로 이해할 수 있었다. 특히, 전극의 두께가 4nm 이하인 경우에는 인가한 전압의 크기가 작을 경우 이력곡선에서 dP/dV가 음의 값을 가지는 결과를 관찰하였고, 전압의 크기가 증가하며 사라짐을 확인하였다. 이러한 현상은 SRO 박막에서 두께가 얇을 경우 나르개 밀도(carrier density)가 줄어들어 낮은 전압에서 강유전 박막의 경계면 쪽에 전하 보상(charge compensation)이 불완전 하여 생기는 것으로 이해할 수 있었다.
more초록/요약
For the past few years, one of the main research themes in ferroelectrics is the size effect and their critical thickness that should be definitely required for high density of non volatile memory. Until now, most related researches on the ferroelectric thin films have been merely focused on reducing the film thickness and their lateral size, not the electrodes. Changing the point of view for the size effect from the ferroelectric film to the electrode, we tried to investigate the bottom？electrode？thickness dependent ferroelectric properties. In order to investigate intrinsic ferroelectric properties of the films grown on the different electrode thicknesses and to get rid of the strain effect of the ferroelectric films effectively, we have fabricated relaxed Pb(Zr0.3Ti0.7)O3 (PZT) films grown on highly strained-SrRuO3 (SRO) electrodes. The polarization value and coercive field decrease with increasing of the SRO thickness. It can be understood as the polarization relaxation and the decrease of the energy needed for domain switching due to the degradation of the crystallinity of the PZT films. The most interesting thing we have found is the negative value of dP/dV in P−V loop at relatively low positive voltage where SRO electrode thickness is thinner than 4nm. This behavior disappears as the applied voltage increases. We believe that this can originate from the incomplete compensation of bound charges at the ferroelectric？electrode interfaces due to extremely low carrier density of the SRO electrode.
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