Electrical characterization of metal/colossal dielectric CaCu3Ti4O12 epitaxial thin film
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 박광서
- 발행년도 2012
- 학위수여년월 2012. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 물리학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000047513
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작원 보호를 받습니다.
초록/요약
In recent years, CaCu3Ti4O12 (CCTO) has attracted considerable attention because of its colossal dielectric constant (ε ~10000). Beside its colossal dielectric constant, the semiconducting properties have been extensively investigated in the aspect of either the fundamental physics or highly-integrated CMOS devices. In order to explore the intrinsic semiconducting properties, we have fabricated the epitaxial CCTO thin films on the LaAlO3 (001) substrate by using pulsed laser deposition. From the Hall measurement, we found that CCTO thin film has a p-type characteristic with the carrier concentration of ~5x1016/cm3. In addition, the conventional Schottky type of C − V curves, which are supposed to appear in typical metal/semiconductor junction, have been found at the sampling frequency of 100Hz ~ 1kHz, indicating that the Schottky contact is formed at the interface between Pt and CCTO thin film. The main transport mechanism of Pt/CCTO junction has been interpreted by thermionic emission theory and the physical quantities such as the built-in potential, the Schottky barrier height and the depletion width are found to be 1.35V, 0.79eV and ~5μm, respectively. Unlike a common Debye relaxation in CCTO crystal and ceramic observed below room temperature, the anomalous C − f curve such as the negative capacitance has been observed. In particular, this unusual behavior has been found within the certain limited range of frequencies, and the minimum negative capacitance value increases with the temperature. We believe that this unexpected negative capacitance should be attributed to the non-monotonic transient relaxation current simultaneously responding to the external AC electric field, which is apparently related to the certain nature of interface states. In this study, the characteristics of Schottky contact in Pt/CCTO junction will be demonstrated in the manner of general understanding of metal/semiconductor junction, and the origin of the negative capacitance will also be given focusing on the effect of the particular interface state.
more초록/요약
CaCu3Ti4O12 (CCTO)는 대략 105의 거대유전상수 (colossal dielectric constant)를 갖기 때문에 많은 주목을 끌고 있는 물질이다. 유전특성뿐만 아니라 CCTO가 지니고 있는 반도체 특성은 물리학 또는 고집적 CMOS 소자의 측면에서 광범위하게 연구가 되고 있다. 이에 CCTO의 고유한 반도체 특성을 알아보고자 pulsed laser deposition을 이용하여 LaAlO3(001) 기판 위에 epitaxial한 CCTO 박막을 제작하였다. Hall 측정을 하여 CCTO 박막이 p – type 특성을 지니며 대략 5×1016/cm3의 carrier concentration을 갖는다는 것을 확인하였다. 또한 C − V (capacitance vs. voltage) 측정을 통해 100Hz와 1kHz에서 전형적인 Schottky junction에서 발견되는 곡선을 확인할 수가 있었다. C − V 측정으로 Pt와 CCTO의 interface에서 Schottky barrier가 형성되었다는 것을 알 수 있었다. Thermionic emission theory를 사용하여 DC transport를 해석을 시도하였고, 다양한 물리량(built-in potential(1.35V), Schottky barrier height(0.63eV), depletion width(~5μm))을 구하였다. 일반적인 CCTO crystal이나 ceramic에서 흔히 볼 수 있는 Debye relaxation과는 달리 negative capacitance가 발견되는 이례적인 C − f 특성을 확인하였다. 특정 frequency 영역에서 일반적이지 않은 현상을 확인하였고, 최소 negative capacitance 값이 온도가 증가함에 따라 감소한다는 것을 확인하였다. 이 negative capacitance는 AC electric field에 즉시 반응하는 interface state와 관련이 있는 non-monotonic transient relaxation current의 영향으로 생각할 수 있다. 이 연구에서는 Pt/CCTO junction 에서의 Schottky 특성을 metalsemiconductor junction 을 일반적으로 이해하는 방법을 사용하여 해석할 것이고, 특정한 interface state 효과에 집중하여 negative capacitance 의 원인에 대하여 설명하고자 하였다.
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