Sol-Gel법으로 제조한 PZT 및 PMN-PT 박막의 국소 전기적 특성에 관한 연구

Abstract

Sol-Gel법을 이용하여 유기물의 제거와 핵 생성을 위한 건조온도를 달리하여 PZT박막을 제작하였고, perovskite의 안정적인 결정화를 위한 열처리 온도 및 시간의 범위를 각각 달리한 PMN-PT박막을 제작하였다. 또한 제작한 박막의 nanoscale과 macroscale 영역에서의 물리적 특성과 전기적 특성을 비교, 검토하였다. 건조온도를 달리한 PZT박막은 건조온도가 높아질수록 (100)과 (200)의 우선배향성은 감소함과 동시에 (111)방향의 우선배향성은 증가하였다. (111)방향으로 배향된 박막은 (100)과 (200)으로 배향된 박막에 비해 우수한 압전효과를 나타낸다고 알려져 있다. RT-66A로 측정한 P-E 이력곡선을 통해 Pr값과 Ec값이 증가했을 뿐 아니라 누설 전류도 작아 안정적인 소자 제작이나 응용에 매우 유용하다. 또한 시간에 따른 charge retention실험에서 상안정성이 건조온도 보다 기판의 재료의 영향을 받는 것을 알 수 있었다. PMN-PT박막의 상형성을 위한 열처리 온도를 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900oC로 달리하여 처음에는 5분, 두 번째는 10분간 furnace에서 열처리하였다. XRD로 상형성을 관찰한 결과 700oC에서 750oC사이에서 상변화가 일어났고 열처리 온도가 클수록 (100)과 (200)방향으로 배향이 증가됨을 확인할 수 있었다. PMN-PT박막은 PZT와는 달리 (100)과 (200)으로 배향된 박막이 우수한 압전효과와 높은 유전상수값을 갖는다고 알려져 있다. 따라서 열처리 온도에 따른 박막의 상형성 결과는 중요한 의미가 있다.;A sol-gel method is used to make ferroelectric Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PZT) and relaxor ferroelectric Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 – 0.35mol%PbTiO3 (PMN-PT) nanolayers. Highly (100) and (111) oriented PZT and (100) and (200) oriented PMN-PT nanolayers are prepared on Pt/Ti coated SiO2/Si(100). PZT solid solution drying conditions before crystallizing heat treatments have been explored over a wide range of temperature. Also, after drying conditions PMN-PT solid solution of crystallizing heat treatments have been explored over a wide range of temperature and time. Structural properties, surface morphology, and electrical properties are studied by x-ray diffraction, scanning electron microscopy, and polarization-electric field measurement, respectively. Ferroelectric domains in the nanolayers are observed using atomic force microscopy, registering the electrostatic force response of the nanolayers in the presence of a low ac field. It is found that as-grown domain configuration and poling behavior are strongly dependent on drying and annealing conditions , suggesting that an adequate exposure to air during the coating process is related to domain formation and its reversal dynamics.