JPH06249900A - 強誘電体評価装置 - Google Patents
強誘電体評価装置Info
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- JPH06249900A JPH06249900A JP3897593A JP3897593A JPH06249900A JP H06249900 A JPH06249900 A JP H06249900A JP 3897593 A JP3897593 A JP 3897593A JP 3897593 A JP3897593 A JP 3897593A JP H06249900 A JPH06249900 A JP H06249900A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】Ｐ−Ｅヒステリシス曲線測定時の電界Ｅを正確
に評価するとともに、強誘電体の周波数特性と独立して
分極Ｐの電界依存性を評価する。 【構成】被測定物としての強誘電体Ｃと、この強誘電体
Ｃに電気的に直列結合された既知の誘電体素子ＣR と、
これら直列結合された強誘電体Ｃと既知の誘電体素子Ｃ
R の両端に任意の電圧波形を印加すべく、電気的絶縁可
能なスイッチを介して接続された波形発生手段１０と、
強誘電体Ｃと既知の誘電体素子ＣR の各々両端の電位差
を静電的に観察する測定手段１５とを具備する。
に評価するとともに、強誘電体の周波数特性と独立して
分極Ｐの電界依存性を評価する。 【構成】被測定物としての強誘電体Ｃと、この強誘電体
Ｃに電気的に直列結合された既知の誘電体素子ＣR と、
これら直列結合された強誘電体Ｃと既知の誘電体素子Ｃ
R の両端に任意の電圧波形を印加すべく、電気的絶縁可
能なスイッチを介して接続された波形発生手段１０と、
強誘電体Ｃと既知の誘電体素子ＣR の各々両端の電位差
を静電的に観察する測定手段１５とを具備する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は強誘電体評価装置に関す
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】最近、強誘電体材料が有するヒステリシ
ス特性を利用し、不揮発性メモリや宇宙線の入射に対し
高い信頼性を有するメモリ媒体への応用が活発に行なわ
れる様になるに伴い、強誘電体材料の電気的特性を評価
する強誘電体評価装置が注目されてきている。
ス特性を利用し、不揮発性メモリや宇宙線の入射に対し
高い信頼性を有するメモリ媒体への応用が活発に行なわ
れる様になるに伴い、強誘電体材料の電気的特性を評価
する強誘電体評価装置が注目されてきている。
【０００３】強誘電体の重要な電気特性の一つであるＰ
（分極）−Ｅ（電界）ヒステリシス曲線の測定について
述べる。ヒステリシス曲線は、図４に示すようなＳａｗ
ｙｅｒ−Ｔｏｗｅｒ回路により描くことができる。オシ
ロスコープ３０の横軸端子には、非測定物としての強誘
電体Ｃと、これに直列に接続された規準キャパシタとし
ての誘電体素子ＣR の両端に印加された入力電圧Ｖinを
分割した電圧Ｖx が入力される。尚、誘電体素子ＣR の
キャパシタンスは既知の大きさとする。
（分極）−Ｅ（電界）ヒステリシス曲線の測定について
述べる。ヒステリシス曲線は、図４に示すようなＳａｗ
ｙｅｒ−Ｔｏｗｅｒ回路により描くことができる。オシ
ロスコープ３０の横軸端子には、非測定物としての強誘
電体Ｃと、これに直列に接続された規準キャパシタとし
ての誘電体素子ＣR の両端に印加された入力電圧Ｖinを
分割した電圧Ｖx が入力される。尚、誘電体素子ＣR の
キャパシタンスは既知の大きさとする。
【０００４】図５、図６により強誘電体Ｃに蓄積された
電荷（Ｐ＋εo Ｅ）×Ａすなわち、Ｄ×Ａと規準キャパ
シタに蓄えられた電荷ＣR Ｖy は、ともにＱに等しいの
で縦軸端子には、Ｄに比例した電圧Ｖy （＝ＤＡ／
ＣR ）が入力される。ここでＡは強誘電体Ｃの電極面積
である。一般に強誘電体に於いて分極Ｐはεo Ｅに対し
て十分大きいのでＤ＝Ｐと見なす。
電荷（Ｐ＋εo Ｅ）×Ａすなわち、Ｄ×Ａと規準キャパ
シタに蓄えられた電荷ＣR Ｖy は、ともにＱに等しいの
で縦軸端子には、Ｄに比例した電圧Ｖy （＝ＤＡ／
ＣR ）が入力される。ここでＡは強誘電体Ｃの電極面積
である。一般に強誘電体に於いて分極Ｐはεo Ｅに対し
て十分大きいのでＤ＝Ｐと見なす。
【０００５】そしてこのＶy −Ｖx 曲線を、既知の量で
ある強誘電体Ｃの膜圧ｔ、分圧比、電極面積Ａ、誘電体
素子ＣR の静電容量を用いて、Ｐ−Ｅヒステリシス曲線
に描き直している。
ある強誘電体Ｃの膜圧ｔ、分圧比、電極面積Ａ、誘電体
素子ＣR の静電容量を用いて、Ｐ−Ｅヒステリシス曲線
に描き直している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】現在、強誘電体薄膜の
Ｐ−Ｅヒステリシス特性測定回路として利用されている
Ｓａｗｙｅｒ−Ｔｏｗｅｒ回路は１９２０年代後半に、
０．５ｃｍ程度の厚い強誘電体の非線形性を観察する回
路として、Ｃ．Ｂ．Ｓａｗｙｅｒ及びＣ．Ｈ．Ｔｏｗｅ
ｒにより考案されている。
Ｐ−Ｅヒステリシス特性測定回路として利用されている
Ｓａｗｙｅｒ−Ｔｏｗｅｒ回路は１９２０年代後半に、
０．５ｃｍ程度の厚い強誘電体の非線形性を観察する回
路として、Ｃ．Ｂ．Ｓａｗｙｅｒ及びＣ．Ｈ．Ｔｏｗｅ
ｒにより考案されている。
【０００７】図７に示した強誘電体ＣのＰ−Ｅヒステリ
シス曲線の横軸（電界Ｅ）は、強誘電体そのものに印加
された電界である。つまり図５に於ける（Ｖin／Ｖy ）
に比例した大きさである。正確には、強誘電体の厚みを
ｔとすると Ｅ＝（Ｖin−Ｖy ）／ｔ で表される。つまりＥは入力電圧Ｖinと比例関係にある
ものではない。従って、図５に於いて入力電圧Ｖinを抵
抗Ｒ1 と抵抗Ｒ2 で分割した電圧Ｖx と電界Ｅとは比例
関係にはない。
シス曲線の横軸（電界Ｅ）は、強誘電体そのものに印加
された電界である。つまり図５に於ける（Ｖin／Ｖy ）
に比例した大きさである。正確には、強誘電体の厚みを
ｔとすると Ｅ＝（Ｖin−Ｖy ）／ｔ で表される。つまりＥは入力電圧Ｖinと比例関係にある
ものではない。従って、図５に於いて入力電圧Ｖinを抵
抗Ｒ1 と抵抗Ｒ2 で分割した電圧Ｖx と電界Ｅとは比例
関係にはない。
【０００８】ここでＳａｗｙｅｒ−Ｔｏｗｅｒ回路が考
案された当初は、非測定物である強誘電体Ｃが非常に厚
く、非線形性を表わすまで電界を印加するには非測定物
に数百Ｖｏｌｔ〜千数百Ｖｏｌｔを印加しなければなら
ない。そのため、電圧（Ｖin−Ｖy ）を直接測定するこ
とが困難であり、電圧Ｖx を測定することで近似をする
方法をとっていた。
案された当初は、非測定物である強誘電体Ｃが非常に厚
く、非線形性を表わすまで電界を印加するには非測定物
に数百Ｖｏｌｔ〜千数百Ｖｏｌｔを印加しなければなら
ない。そのため、電圧（Ｖin−Ｖy ）を直接測定するこ
とが困難であり、電圧Ｖx を測定することで近似をする
方法をとっていた。
【０００９】また、図５に示した電圧Ｖx ，Ｖy の測定
のために使用されるオシロスコープは、現在では図８に
示す様にオシロスコープ３０ａ、３０ｂの中に抵抗
ＲX ，ＲY （１ＭΩ〜１０ＭΩ）を通して流れ込む電流
Ｉx ，Ｉy を測定し、電圧Ｖx ，Ｖy を測定する方式で
ある。従って、図５の誘電体素子ＣR に蓄えられる電荷
Ｑを正確に測定するためには誘電体素子ＣR と抵抗Ｒy
により決まる時定数が無視できる様な周波数帯域で入力
電圧Ｖinを変化させなければならず、Ｐ−Ｅヒステリシ
ス曲線の測定をする際に、分極Ｐの周波数依存性を分離
して考える事ができない。
のために使用されるオシロスコープは、現在では図８に
示す様にオシロスコープ３０ａ、３０ｂの中に抵抗
ＲX ，ＲY （１ＭΩ〜１０ＭΩ）を通して流れ込む電流
Ｉx ，Ｉy を測定し、電圧Ｖx ，Ｖy を測定する方式で
ある。従って、図５の誘電体素子ＣR に蓄えられる電荷
Ｑを正確に測定するためには誘電体素子ＣR と抵抗Ｒy
により決まる時定数が無視できる様な周波数帯域で入力
電圧Ｖinを変化させなければならず、Ｐ−Ｅヒステリシ
ス曲線の測定をする際に、分極Ｐの周波数依存性を分離
して考える事ができない。
【００１０】本発明の強誘電体評価装置はこのような課
題に着目してなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、Ｐ−Ｅヒステリシス曲線測定時の電界Ｅを正確に
評価するとともに、強誘電体の周波数特性と独立して分
極Ｐの電界依存性を評価可能な強誘電体評価装置を提供
することにある。
題に着目してなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、Ｐ−Ｅヒステリシス曲線測定時の電界Ｅを正確に
評価するとともに、強誘電体の周波数特性と独立して分
極Ｐの電界依存性を評価可能な強誘電体評価装置を提供
することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の強誘電体評価装置は、被測定物としての
強誘電体と、この強誘電体に電気的に直列結合された既
知の誘電体素子と、これら直列結合された強誘電体と既
知の誘電体素子の両端に任意の電圧波形を印加すべく、
電気的絶縁可能なスイッチを介して接続された波形発生
手段と、前記強誘電体と前記既知の誘電体素子の各々両
端の電位差を静電的に観察する測定手段とを具備する。
めに、本発明の強誘電体評価装置は、被測定物としての
強誘電体と、この強誘電体に電気的に直列結合された既
知の誘電体素子と、これら直列結合された強誘電体と既
知の誘電体素子の両端に任意の電圧波形を印加すべく、
電気的絶縁可能なスイッチを介して接続された波形発生
手段と、前記強誘電体と前記既知の誘電体素子の各々両
端の電位差を静電的に観察する測定手段とを具備する。
【００１２】
【作用】すなわち、本発明の強誘電体評価装置は、被測
定物としての強誘電体と既知の誘電体素子とを電気的に
直列結合し、これら直列結合された強誘電体と既知の誘
電体素子の両端に任意の電圧波形を印加して、強誘電体
と既知の誘電体素子の各々両端の電位差を静電的に観察
する。
定物としての強誘電体と既知の誘電体素子とを電気的に
直列結合し、これら直列結合された強誘電体と既知の誘
電体素子の両端に任意の電圧波形を印加して、強誘電体
と既知の誘電体素子の各々両端の電位差を静電的に観察
する。
【００１３】
【実施例】まず、本実施例の背景を述べる。
【００１４】現在、被測定物である強誘電体の製膜技術
が進んで薄膜化が可能となり、非測定物の厚さも数千オ
ングストローム程度のものができる様になった。
が進んで薄膜化が可能となり、非測定物の厚さも数千オ
ングストローム程度のものができる様になった。
【００１５】この薄膜化に伴ない、非測定物が非線形特
性を示すために必要な印加電圧も下がり、数ボルト〜十
数ボルト程度となっている。そのため、電界Ｅを測定す
るために図５で説明した電圧Ｖx で近似する必要はな
い。
性を示すために必要な印加電圧も下がり、数ボルト〜十
数ボルト程度となっている。そのため、電界Ｅを測定す
るために図５で説明した電圧Ｖx で近似する必要はな
い。
【００１６】図１は第１実施例の概略を示す図である。
同図において、被測定物としての強誘電体Ｃ及び既知の
誘電体素子ＣR が直列結合されており、その両端は任意
波形発生装置１０に接続されている。又、強誘電体Ｃの
両端の電位差Ｖx を測定するために電界効果型増幅器に
より構成された差動増幅回路１１が接続されており、更
に誘電体素子ＣR の両端には、強誘電体ＣのＤ（Ｐにほ
ぼ等しい）に比例した電圧Ｖy を測定するための電界効
果型増幅器により構成された差動増幅回路１２が接続さ
れている。これより、差動増幅回路１１及び１２は測定
回路１５を構成する。
同図において、被測定物としての強誘電体Ｃ及び既知の
誘電体素子ＣR が直列結合されており、その両端は任意
波形発生装置１０に接続されている。又、強誘電体Ｃの
両端の電位差Ｖx を測定するために電界効果型増幅器に
より構成された差動増幅回路１１が接続されており、更
に誘電体素子ＣR の両端には、強誘電体ＣのＤ（Ｐにほ
ぼ等しい）に比例した電圧Ｖy を測定するための電界効
果型増幅器により構成された差動増幅回路１２が接続さ
れている。これより、差動増幅回路１１及び１２は測定
回路１５を構成する。
【００１７】更に、各々の差動増幅器回路１１、１２か
らの出力電圧Ｖx ′，Ｖy ′がオシロスコープ１３に入
力されており、これによりヒステリシス曲線が得られ
る。ここで、電界Ｅ＝Ｖx ／ｔ，Ｄ＝Ｖy ・ＣR ／Ａ
（但しｔは強誘電体Ｃの膜厚、Ａは強誘電体Ｃの電極面
積）の関係よりＰ−Ｅヒステリシス曲線を得る事が可能
である。又、差動増幅回路１１、１２の入力には電界効
果型増幅器を用いているため、電荷Ｑを測定する際の電
流の流入はきわめて少ない。従って任意波形発生器１０
から印加される電圧波形は、周波数１Ｈｚ以下のような
低周波数もしくは、直流バイアスであっても電荷Ｑの測
定は可能である。つまり、分極Ｐの周波数依存性と独立
してＰ−Ｅヒステリシス曲線の測定を行うことができ
る。
らの出力電圧Ｖx ′，Ｖy ′がオシロスコープ１３に入
力されており、これによりヒステリシス曲線が得られ
る。ここで、電界Ｅ＝Ｖx ／ｔ，Ｄ＝Ｖy ・ＣR ／Ａ
（但しｔは強誘電体Ｃの膜厚、Ａは強誘電体Ｃの電極面
積）の関係よりＰ−Ｅヒステリシス曲線を得る事が可能
である。又、差動増幅回路１１、１２の入力には電界効
果型増幅器を用いているため、電荷Ｑを測定する際の電
流の流入はきわめて少ない。従って任意波形発生器１０
から印加される電圧波形は、周波数１Ｈｚ以下のような
低周波数もしくは、直流バイアスであっても電荷Ｑの測
定は可能である。つまり、分極Ｐの周波数依存性と独立
してＰ−Ｅヒステリシス曲線の測定を行うことができ
る。
【００１８】図９は第１実施例において実際に使用され
る回路図である。同図において、Ｃは被測定物としての
強誘電体であり、ＣR は既知の誘電体素子である。任意
波形発生器１０より入力電圧Ｖinを入力すると、強誘電
体Ｃ及び誘電体素子ＣR には電圧Ｖx 及び電圧Ｖy が発
生する。電圧Ｖx 及び電圧Ｖy は各々、ＩＣ１，ＩＣ
２，ＩＣ３，ＩＣ４の電界効果型増幅器で構成されたイ
ンピーダンス変換器により、次段のＩＣ５，ＩＣ６，Ｉ
Ｃ７により構成された差動増幅回路（減算器）１１及び
ＩＣ８，ＩＣ９，ＩＣ１０により構成された差動増幅回
路（減算器）１２と電気的絶縁を得ている。
る回路図である。同図において、Ｃは被測定物としての
強誘電体であり、ＣR は既知の誘電体素子である。任意
波形発生器１０より入力電圧Ｖinを入力すると、強誘電
体Ｃ及び誘電体素子ＣR には電圧Ｖx 及び電圧Ｖy が発
生する。電圧Ｖx 及び電圧Ｖy は各々、ＩＣ１，ＩＣ
２，ＩＣ３，ＩＣ４の電界効果型増幅器で構成されたイ
ンピーダンス変換器により、次段のＩＣ５，ＩＣ６，Ｉ
Ｃ７により構成された差動増幅回路（減算器）１１及び
ＩＣ８，ＩＣ９，ＩＣ１０により構成された差動増幅回
路（減算器）１２と電気的絶縁を得ている。
【００１９】又、差動増幅回路１１，１２は電圧Ｖx ＝
Ｖx ′，電圧Ｖy ＝Ｖy ′となる様に抵抗Ｒ1 〜Ｒ7 ，
Ｒ9 〜Ｒ15の値を調整してある。更に電圧Ｖx ′及び電
圧Ｖy ′はオシロスコープ１３へ入力されヒステリシス
曲線が観測できる様接続されている。
Ｖx ′，電圧Ｖy ＝Ｖy ′となる様に抵抗Ｒ1 〜Ｒ7 ，
Ｒ9 〜Ｒ15の値を調整してある。更に電圧Ｖx ′及び電
圧Ｖy ′はオシロスコープ１３へ入力されヒステリシス
曲線が観測できる様接続されている。
【００２０】尚、任意波形発生装置１０への電荷の移動
を阻止するためにスイッチＳＷが設けられている。
を阻止するためにスイッチＳＷが設けられている。
【００２１】測定に使用する強誘電体Ｃは、電極材とし
て白金を、強誘電材料としてＰＺＴを使用してゾルゲル
法にて製膜されたものを用いた。サイズは電極面積が１
００μ□，ＰＺＴ膜の膜厚は２７７０オングストローム
である。又、誘電体素子ＣRは２２ｎＦのキャパシタン
スのものを使用した。尚、任意波形発生装置１０からの
入力電圧Ｖinは波高値１５Ｖ，周波数０．１Ｈｚ〜１０
ｋＨｚのサイン波とした。図１０は入力電圧Ｖinの周波
数が５０Ｈｚの場合の測定結果である。又、ヒステリシ
スカーブ形状は０．１Ｈｚ〜１０ｋＨｚに於いて変化し
なかった。
て白金を、強誘電材料としてＰＺＴを使用してゾルゲル
法にて製膜されたものを用いた。サイズは電極面積が１
００μ□，ＰＺＴ膜の膜厚は２７７０オングストローム
である。又、誘電体素子ＣRは２２ｎＦのキャパシタン
スのものを使用した。尚、任意波形発生装置１０からの
入力電圧Ｖinは波高値１５Ｖ，周波数０．１Ｈｚ〜１０
ｋＨｚのサイン波とした。図１０は入力電圧Ｖinの周波
数が５０Ｈｚの場合の測定結果である。又、ヒステリシ
スカーブ形状は０．１Ｈｚ〜１０ｋＨｚに於いて変化し
なかった。
【００２２】図２は本発明の第２実施例の概略を示す図
である。同図の評価装置は、被測定物としての強誘電体
Ｃ及び既知の誘電体ＣR を含み、分極Ｐに起因した電荷
Ｑを蓄えるための蓄積部１４と、その測定を行なう差動
増幅器１１、１２からなる測定回路１５と、これら両者
の電気的絶縁を行うためのスイッチＳＷ３と、任意波形
発生器１０と、オシロスコープ１３とによって構成され
る。なお、ＳＷ１、ＳＷ２はスイッチである。
である。同図の評価装置は、被測定物としての強誘電体
Ｃ及び既知の誘電体ＣR を含み、分極Ｐに起因した電荷
Ｑを蓄えるための蓄積部１４と、その測定を行なう差動
増幅器１１、１２からなる測定回路１５と、これら両者
の電気的絶縁を行うためのスイッチＳＷ３と、任意波形
発生器１０と、オシロスコープ１３とによって構成され
る。なお、ＳＷ１、ＳＷ２はスイッチである。
【００２３】この実施例においては、測定回路１５と電
荷蓄積部１４を絶縁することで、系の漏れ成分を低減す
ることが可能である。そのため、一度、分極Ｐに起因し
た電荷Ｑが蓄えられた後の電荷Ｑ（Ｐにほぼ等しい）の
経時変化に対し、間隔的な長期間測定が可能である。図
１１は実際の測定回路である。
荷蓄積部１４を絶縁することで、系の漏れ成分を低減す
ることが可能である。そのため、一度、分極Ｐに起因し
た電荷Ｑが蓄えられた後の電荷Ｑ（Ｐにほぼ等しい）の
経時変化に対し、間隔的な長期間測定が可能である。図
１１は実際の測定回路である。
【００２４】図３は第３実施例の概略を示す図である。
この実施例では、任意波形発生装置１０から出力された
入力電圧Ｖinは、被測定物としての強誘電体Ｃと、この
強誘電体Ｃに直列結合した既知の誘電体素子ＣR （Ｃ1
〜Ｃn ）の逆比によって分配され各々、電圧Ｖx ，Ｖy
の値を示す。
この実施例では、任意波形発生装置１０から出力された
入力電圧Ｖinは、被測定物としての強誘電体Ｃと、この
強誘電体Ｃに直列結合した既知の誘電体素子ＣR （Ｃ1
〜Ｃn ）の逆比によって分配され各々、電圧Ｖx ，Ｖy
の値を示す。
【００２５】この時、強誘電体Ｃに対し既知の誘電体素
子ＣR の容量が非常に小さい場合は、電圧ＶX がほぼ０
Ｖ，電圧Ｖy がほぼ入力電圧Ｖinとなり、強誘電体Ｃに
充分な電圧（電界）を印加することができない。又、逆
の場合は、電圧ＶX がほぼ入力電圧Ｖin，電圧Ｖy がほ
ぼ０Ｖとなり強誘電体Ｃに入力電圧Ｖinすべてが印加さ
れることになる。この際、入力電圧Ｖinによる電界が、
強誘電体Ｃの破壊電界に致れば非測定物を破壊すること
になる。
子ＣR の容量が非常に小さい場合は、電圧ＶX がほぼ０
Ｖ，電圧Ｖy がほぼ入力電圧Ｖinとなり、強誘電体Ｃに
充分な電圧（電界）を印加することができない。又、逆
の場合は、電圧ＶX がほぼ入力電圧Ｖin，電圧Ｖy がほ
ぼ０Ｖとなり強誘電体Ｃに入力電圧Ｖinすべてが印加さ
れることになる。この際、入力電圧Ｖinによる電界が、
強誘電体Ｃの破壊電界に致れば非測定物を破壊すること
になる。
【００２６】そこで、測定を始める際に、入力電圧Ｖin
の大きさ及び誘電体素子ＣR の大きさを強誘電体Ｃにあ
わせて制御し、自動的に可変するシステムコントローラ
２０を設けた。システムコントローラ２０はオシロスコ
ープ１３、任意波形発生器１０、スイッチＳＷ１、ＳＷ
２、ＳＷ３に接続されており、各々に制御信号を供給し
て所定の制御を行う。
の大きさ及び誘電体素子ＣR の大きさを強誘電体Ｃにあ
わせて制御し、自動的に可変するシステムコントローラ
２０を設けた。システムコントローラ２０はオシロスコ
ープ１３、任意波形発生器１０、スイッチＳＷ１、ＳＷ
２、ＳＷ３に接続されており、各々に制御信号を供給し
て所定の制御を行う。
【００２７】同図において、測定開始時、入力電圧Ｖin
はきわめて０Ｖに近い状態で印加される。又、誘電体素
子ＣR は最も小さい値が選択されている。入力電圧Ｖin
が印加されると直ちに電圧Ｖx ，電圧Ｖy がモニタさ
れ、強誘電体Ｃに対する適正な誘電体素子ＣR が選択さ
れる。その後、徐々に入力電圧Ｖinを大きくしながら測
定を行なう。又、オシロスコープ１３の制御並びに入力
部測定回路部の接続も、あらかじめ設定された制御シー
ケンス及びプログラムにより制御されている。
はきわめて０Ｖに近い状態で印加される。又、誘電体素
子ＣR は最も小さい値が選択されている。入力電圧Ｖin
が印加されると直ちに電圧Ｖx ，電圧Ｖy がモニタさ
れ、強誘電体Ｃに対する適正な誘電体素子ＣR が選択さ
れる。その後、徐々に入力電圧Ｖinを大きくしながら測
定を行なう。又、オシロスコープ１３の制御並びに入力
部測定回路部の接続も、あらかじめ設定された制御シー
ケンス及びプログラムにより制御されている。
【００２８】図１２は第４の実施例の概略を示す図であ
る。同図に示す回路は強誘電体Ｃの分極が反転する際に
流れる電流、つまり図７のＤ′→Ｃ→Ｄの際に流れる電
流及びＤ→Ｃ→Ｄの様に非反転時に流れる電流等の電圧
・電流特性を測定するのに用いられる。この実施例にお
いては、パルスパターン発生器２１からのパルスパター
ンが入力電圧として用いられる。
る。同図に示す回路は強誘電体Ｃの分極が反転する際に
流れる電流、つまり図７のＤ′→Ｃ→Ｄの際に流れる電
流及びＤ→Ｃ→Ｄの様に非反転時に流れる電流等の電圧
・電流特性を測定するのに用いられる。この実施例にお
いては、パルスパターン発生器２１からのパルスパター
ンが入力電圧として用いられる。
【００２９】なお、電圧・電流特性は、強誘電体Ｃの重
要な電気特性であるが、図１２に於いて強誘電体Ｃ，抵
抗Ｒ1 ，抵抗Ｒ2 等の値に対しオシロスコープ１３の入
力インピーダンスが充分大きくないと正確な測定は難し
い。
要な電気特性であるが、図１２に於いて強誘電体Ｃ，抵
抗Ｒ1 ，抵抗Ｒ2 等の値に対しオシロスコープ１３の入
力インピーダンスが充分大きくないと正確な測定は難し
い。
【００３０】そこで、図１３に示すように、電界効果型
増幅器（ＭＯＳ Ｔr ）によって構成され非測定物に対
し充分大きなインピーダンスをもつ測定回路を使用する
ことによって正確な測定ができる。この場合、スイッチ
ＳＷ１の切り換え動作によってＰ−Ｅヒステリシス特性
を得ることができる。
増幅器（ＭＯＳ Ｔr ）によって構成され非測定物に対
し充分大きなインピーダンスをもつ測定回路を使用する
ことによって正確な測定ができる。この場合、スイッチ
ＳＷ１の切り換え動作によってＰ−Ｅヒステリシス特性
を得ることができる。
【００３１】尚、抵抗Ｒ＝５０Ωを用い、また、強誘電
体Ｃとして電極面積＝１００μ□，膜厚＝２７００オン
グストロームのＰＺＴを用いて測定した結果を図１４
（ａ），（ｂ）、図１５（ａ），（ｂ）に示す。図１４
（ａ），（ｂ）は図７のヒステリシス特性のＤ′→Ｃ時
に流れた反転電流であり、図１５（ａ），（ｂ）はＤ→
Ｃ時の非反転電流である。
体Ｃとして電極面積＝１００μ□，膜厚＝２７００オン
グストロームのＰＺＴを用いて測定した結果を図１４
（ａ），（ｂ）、図１５（ａ），（ｂ）に示す。図１４
（ａ），（ｂ）は図７のヒステリシス特性のＤ′→Ｃ時
に流れた反転電流であり、図１５（ａ），（ｂ）はＤ→
Ｃ時の非反転電流である。
【００３２】図１６は第５の実施例の概略を示す図であ
る。同図のＢ部はＳｉ基板上にＣＭＯＳ技術を用いて作
成される。このＢ部は容量の異なる強誘電体Ｃ1 〜Ｃ10
と、インピーダンス変換部及び差動増幅回路１１、１２
を含む測定回路と、抵抗体Ｒによって構成されている。
上記の様な測定回路をＳｉ基板上に作成した後、強誘電
体Ｃ（Ａ部）を作成する。
る。同図のＢ部はＳｉ基板上にＣＭＯＳ技術を用いて作
成される。このＢ部は容量の異なる強誘電体Ｃ1 〜Ｃ10
と、インピーダンス変換部及び差動増幅回路１１、１２
を含む測定回路と、抵抗体Ｒによって構成されている。
上記の様な測定回路をＳｉ基板上に作成した後、強誘電
体Ｃ（Ａ部）を作成する。
【００３３】その後、Ａ部及びＢ部をワイヤーボンデン
グで接続する。Ａ部は電極材として白金を用い強誘電体
はＰＺＴで作成する。又、あらかじめ作成しておいたＢ
部は、Ａ部作成時のプロセスに対し電気特性の影響を受
けない様、高融点金属を配線材に使用する等の工夫がし
てある。
グで接続する。Ａ部は電極材として白金を用い強誘電体
はＰＺＴで作成する。又、あらかじめ作成しておいたＢ
部は、Ａ部作成時のプロセスに対し電気特性の影響を受
けない様、高融点金属を配線材に使用する等の工夫がし
てある。
【００３４】この測定チップにより通常のプローバ等を
使用して評価する場合に比べ、配線容量等の影響が小さ
く小容量の強誘電体の測定が可能である。
使用して評価する場合に比べ、配線容量等の影響が小さ
く小容量の強誘電体の測定が可能である。
【００３５】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明において
は、 １．強誘電体両端の電位差を直接測定するため、Ｐ−Ｅ
ヒステリシス曲線測定時の電界Ｅを正確に評価できる。
又、電界効果型増幅器により測定部が構成されるため、
強誘電体の周波数特性と独立して、分極Ｐの電界依存性
を評価できる。
は、 １．強誘電体両端の電位差を直接測定するため、Ｐ−Ｅ
ヒステリシス曲線測定時の電界Ｅを正確に評価できる。
又、電界効果型増幅器により測定部が構成されるため、
強誘電体の周波数特性と独立して、分極Ｐの電界依存性
を評価できる。
【００３６】２．非測定物と測定部を電気的絶縁するこ
とにより、長期間的な特性評価が安定して行なえる。
とにより、長期間的な特性評価が安定して行なえる。
【００３７】３．未知の被測定物に対し、自動的に測定
系の定数を決定し、被測定物を破壊することなく測定で
きる。
系の定数を決定し、被測定物を破壊することなく測定で
きる。
【００３８】４．強誘電体の分極の電界依存特性（Ｐ−
Ｅ）並びに分極電流の電圧依存性（Ｉ−Ｖ）特性を周波
数に依存することなく、測定評価することができる。
Ｅ）並びに分極電流の電圧依存性（Ｉ−Ｖ）特性を周波
数に依存することなく、測定評価することができる。
【図１】本発明の第１実施例の概略を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施例の概略を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施例の概略を示す図である。
【図４】Ｓａｗｙｅｒ−Ｔｏｗｅｒ回路を示す図であ
る。
る。
【図５】従来の評価方法を説明するための図である。
【図６】従来の評価方法を説明するための図である。
【図７】強誘電体のＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す図で
ある。
ある。
【図８】オシロスコープによる従来のＶx ，Ｖy の測定
方法を説明するための図である。
方法を説明するための図である。
【図９】第１実施例において実際に使用される回路図で
ある。
ある。
【図１０】第１実施例による測定結果を示す図である。
【図１１】第２実施例において実際に使用される回路図
である。
である。
【図１２】第４実施例の概略を示す図である。
【図１３】第４実施例において実際に使用される回路図
である。
である。
【図１４】第４実施例の測定結果を示す図である。
【図１５】第４実施例の測定結果を示す図である。
【図１６】第５の実施例の概略を示す図である。
１０…任意波形発生器、１１，１２…差動増幅回路、１
３…オシロスコープ、１４…蓄積部、１５…測定回路。
３…オシロスコープ、１４…蓄積部、１５…測定回路。
Claims (1)
- 【請求項１】 被測定物としての強誘電体と、 この強誘電体に電気的に直列結合された既知の誘電体素
子と、 これら直列結合された強誘電体と既知の誘電体素子の両
端に任意の電圧波形を印加すべく、電気的絶縁可能なス
イッチを介して接続された波形発生手段と、 前記強誘電体と前記既知の誘電体素子の各々両端の電位
差を静電的に観察する測定手段と、を具備したことを特
徴とする強誘電体評価装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3897593A JPH06249900A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 強誘電体評価装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3897593A JPH06249900A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 強誘電体評価装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06249900A true JPH06249900A (ja) | 1994-09-09 |
Family
ID=12540161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3897593A Pending JPH06249900A (ja) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | 強誘電体評価装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06249900A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100340066B1 (ko) * | 1999-06-28 | 2002-06-12 | 박종섭 | 강유전체 커패시터의 히스테리시스 특성을 측정할 수 있는 강유전체 메모리 장치 |
| CN114325120A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-04-12 | 佛山(华南)新材料研究院 | 一种电滞回线测量系统及方法 |
-
1993
- 1993-02-26 JP JP3897593A patent/JPH06249900A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100340066B1 (ko) * | 1999-06-28 | 2002-06-12 | 박종섭 | 강유전체 커패시터의 히스테리시스 특성을 측정할 수 있는 강유전체 메모리 장치 |
| CN114325120A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-04-12 | 佛山(华南)新材料研究院 | 一种电滞回线测量系统及方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020319 |