알루미늄 함량과 급속 열처리 온도에 따른 하프늄-알루미늄 산화막 커패시터의 강유전성 연구

Abstract

본 논문에서는 하프늄 알루미늄 산화막 HfAlO 의 강유전성 ( 특성 발현을 위한 알루미늄 함량 및 급속 열처리 온도 조건에 관하여 연구를 진행하였다. HfAlO 박막은 순수한 HfO2 에 비해 열처리 동안 산소 확산에 대한 저항성이 더욱 크며 알루미늄 함량이 클수록 결정화되는 온도 역시 증가한다 원자 박막 증착 (atomic layer deposition: ALD) 장비를 이용한 HfO2와 Al2O3의 증착 사이클 조절을 통해, 다양한 알루미늄 함량에 대하여 HfAlO 박막 기반 커패시터를 제작하였다. 본 연구에서는 HfO2 : Al2O3 = 1:3, 8:1, 10:1, 12:1 사이클에 대하여 실험하였다 . 제작한 커패시터에 대하여 transmission electron microscope (TEM) 및 energy dispersive X-ray spectroscope (EDS) 분석을 통해 산화막 두께와 알루미늄 함량을 추출하고 전하 전압 (charge-voltage: Q-V) 특성을 분석하였다. 또한 HfO2는 퀴리 온도 Curie temperature: TC) 이하에서 상 전이가 일어나면서 자발 분극이 발생하여 강유전성을 띠기 때문에, 다양한 온도에 대하여 열처리를 한 후 Q-V 특성을 분석하였다. 결과적으로 HfO2 : Al2O3 = 1:3 사이클로 증착한 커패시터에 대하여 상온에서 강유전성이 확인되었으며 잔류 분극(remanent polarization: Pr) 이 +Pr = 0.5, -Pr = 0.6 μC/cm2의 값을 보였다 또한 HfO2 : Al2O3 = 8:1 사이클로 증착한 커패시터에 대하여 1000℃ 온도에서 20초동안 열처리를 하였 을 때 강유전성이 확인되었으며 이 때의 잔류 분극은 +Pr = 4, -Pr = 10 μC/cm2이다.