KR100311335B1 - 박막강유전성및초전기장치용도너도핑된페로브스카이트 - Google Patents

박막강유전성및초전기장치용도너도핑된페로브스카이트 Download PDF

Info

Publication number
KR100311335B1
KR100311335B1 KR1019930019705A KR930019705A KR100311335B1 KR 100311335 B1 KR100311335 B1 KR 100311335B1 KR 1019930019705 A KR1019930019705 A KR 1019930019705A KR 930019705 A KR930019705 A KR 930019705A KR 100311335 B1 KR100311335 B1 KR 100311335B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
particle size
donor
perovskite material
ferroelectric
pyroelectric
Prior art date
Application number
KR1019930019705A
Other languages
English (en)
Other versions
KR940008078A (ko
Inventor
스코트알.섬머펠트
하워드알.베라탄
버나드엠.쿨위키
Original Assignee
윌리엄 비. 켐플러
텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 윌리엄 비. 켐플러, 텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드 filed Critical 윌리엄 비. 켐플러
Publication of KR940008078A publication Critical patent/KR940008078A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100311335B1 publication Critical patent/KR100311335B1/ko

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N15/00Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect
    • H10N15/10Thermoelectric devices using thermal change of the dielectric constant, e.g. working above and below the Curie point
    • H10N15/15Thermoelectric active materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
    • C04B35/462Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
    • C04B35/465Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on alkaline earth metal titanates

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

기술된 본 발명은 하나 이상의 도너 도펀트가 있는 진성 강유전성(또는 초전기) 임계 입자 크기를 갖는 진성 페로브스카이트 물질을 도핑하여 진성 강자성체(또는 초전기) 임계 입자 크기 보다 작은 평균 입자크기를 갖는 도너 도핑된 페로브스 카이트 물질층을 형성함으로써 개선된 강유전성(또는 초전기) 물질을 형성하여, 층의 잔류 분극(또는 초전기 감도지수)가 층의 평균 입자크기와 유사한 평균 입자 크기를 갖는 진성 페로브스카이트 물질의 잔류 분극(또는 초전기 감도지수) 보다 상당히 더 크게 된다.
여기에 사용되는 임계 강유전성(또는 초전기) 입자 크기는 잔류 분극(또는 초전기 감도 지수)가 입자 크기의 증가에 따라 급격히 증가하기 시작하는 가장 큰 입자 크기이다. 양호하게 도너 도핑된 페로브스카이트 물질은 도너 억셉터 도핑된 페로브스카이트 물질을 형성하도록 하나 이상의 억셉터 도펀트로 도핑되어 저항성이 상당히 증가된다. 양호하게 진성 페로브스카이트 물질은 화학 성분 ABO3를 가지고 A는 하나 이상의 1가, 2가 또는 3가 원소이고 B는 하나 이상의 5가, 4가, 3가 또는 2가 원소이다.
개선된 강유전성(또는 초전기) 물질을 포함하는 구조물은 기판상에 형성된 진성 강유전성(또는 초전기) 임계 입자 크기 보다 작은 평균 입자 크기를 갖는 도너도핑된 페로브스카이트 물질의 층을 포함한다. 다른 구조물을 두개의 전기적 도체층 사이에 삽입된 도너 도핑된 물질층과 같은 것을 포함한다.

Description

박막 강유전성 및 초전기 장치용 도너 도핑된 페로브스카이트
제1도는 다양한 입자 크기의 도핑되지 않은 바륨 티타네이트의 온도에 대한 유전상수의 변화를 도시한 그래프.
제2도는 다양한 입자 크기의 도핑되지 않은 바륨 티타데이트의 온도에 대한 유전 상수의 변화를 도시한 그래프.
제3도는 다양한 입자 크기의 도핑되지 않은 바륨 스트론튬 티타네이트의 온도에 대한 유전상수의 변화를 도시한 그래프.
본 발명은 일반적으로 비 휘발성 메모리 장치에 쓰이는 박막 강유전성 물질의 제조에 관한 것이다.
본 발명의 영역을 제한하지 않고, 박막 강유전체 및 초전기 물질의 적용과 관련하여 발명의 배경이 설명된다.
페로브스카이트(perovskites)로 공지된 물질은 마이크로 전자 산업에 유용한 몇가지 특성을 갖고 있다. 이들 특성 중 하나는 집적 회로(예를 들어 SiO2및 Si3N4)에 사용되는 종래의 절연체보다 수배 더 큰 유전 상수를 갖는 것이다. 이 큰 유전상수는 종래의 DRAM(다이나믹 랜덤 억세스 메모리)에서 전하를 축적하는 소형 커패시터의 제조를 가능하게 하여 메모리셀의 밀도를 증가시킨다.
유전 상수와 관련된 것은 초전기 감도 지수(초전기 F0M)이다. 초전기 F0M은 초전기 계수와 유전상수 사이의 비에 비례한다. 초전기 계수는 유전상수와 자발분극의 함수이다. 많은 페로브스카이트는 상당히 큰 초전기 F0M을 발현하고, 만일 이 초전기 특성이 충분히 크다면, 충돌하는 전자기 방사에 의해 야기되는 온도 변화를 포함하는 온도의 변화에 매우 민감한 장치를 만들 수 있게 한다. 이러한 초전기 검출 장치는 적외선 장면을 영상화 하도록 제조되고 있다. 이들 검출 장치는 저온 냉각을 필요로 하지 않으므로 소비자에 적용하기에 경제적으로 유용하다.
페로브스카이트 물질의 강유전 특성 또한 마이크로 전자 산업에 유용하다. 이들 특성중 하나는 잔류 분극이다. 이 분극의 방향은 물질에 전기장을 가함으로써 전환될 수 있다. 전기장이 제거된 뒤에도 분극은 존재한다. 분극의 방향은 전기적으로 감지될 수 있다. 이들 물질의 잔류 분극은 비 휘발성, 즉, 각 메모리 소자의 상태(논리적 0 또는 1)가 전원이 제거되어도 유지될 수 있는 FRAMs(강유전체 랜덤 억세스 메모리)가 제조될 수 있다는 것을 제시한다. 구성에 따라 종래의 DRAM 보다 신속한 리드/라이트 사이클(read/write cycle)을 또한 나타낸다.
본 발명은 유용한 강유전성 및 초전기 특성을 나타내는 박막 페로브스카이트 구조를 형성하는 방법이다. 페로브스카이트 물질은 (1) CaTiO3로 대표되는 공지된 페로브스카이트 결정 구조를 나타내는 물질과 (2) 소격자 비틀림 또는 임의 원자의 생략에 의해 이상 격자 페로브스카이트 격자로부터 분리가능한 구조의 화합물이다. 많은 페로브스카이트는 ABO3의 화학식을 갖고, 여기서 A는 하나 이상의 1가, 2가 또는 3가 원소이고 B는 하나 이상의 5가, 4가, 3가 또는 2가 원소이다.
집적 회로 FRAM의 제조에 유용하도록, 페로브스카이트 물질은 큰 잔류 분극과 적은 보자력 전압을 가져야 한다. 박막 열 전기 장치에 유용하도록, 페로브스카이트 물질은 큰 초전기 FOM을 가져야 한다. 이들 특성은 이들 물질로 된 박막에 존재한다. 페로브스카이트 물질의 강유전성 및 초전기 특성은 일반적으로 물질의 입자 크기가 감소함에 따라 감소하는 것으로 알려졌다. 페로브스카이트의 벌크 세라믹 형태는 0.5 - 100㎛정도의 입자 크기를 갖는 반면에 전형적인 박막의 입자 크기는 0.02 - 0.5 μm이다. 더욱 상세히 설명되겠지만, 각 물질과 특성에 대해 고유한 임계 입자 크기 이하의 입자 크기에 대해서는 기본적으로 유용한 특성이 존재하지 않는다. 페로브스카이트의 정확한 조성 또한 강유전성 및 열 전기 특성에 영향을 미친다.
본 분야에서 과거의 많은 연구는 박막을 형성하는 페로브스카이트의 강유전성 및 초전기특성을 보존하는데 주력하였다. 입자 크기를 최대화 하는 방법으로 박막을 피착하여 이들 특성을 최대로 하는 것은 공지된 사실이다. 이것은, 피착 온도를 더높게 하면 일반적으로 피착막내의 입자 크기가 더 크게 되므로, 페로브스카이트 막이 피착되는 기판상의 온도를 고온으로 유지함으로써 수행된다. 그러나 고온의 기판은 이미 기판상에 형성되어 존재하는 장치 및 구조물을 파괴할 수도 있다. 일반적으로, 온도는 가능한한 낮게 유지되어야 한다. 또한, 입자 크기는 막 두께보다 크지 않다. 따라서 양호한 강유전성 및 초전기 특성을 갖는 박막 페로브스카이트를 피착시키는 현재의 방법은 막의 두께 및 기판의 온도를 상승시킴으로 야기되는 파괴 가능성에 의해 제한된다.
페로브스카이트의 조성을 변화시키는 것은 박막에서 강유전성 및 초전기 특성을 보존하기 위해 사용되는 또다른 기술이다. 예를 들어 페로브스카이트를 포함하는 어떤 납의 강유전성 특성은 입자 크기가 감소함에 따라 급격하게 감소하지 않는다. 그러나, Pb는 다른 물질과 매우 반응 잘하고, 화학적으로 쉽게 감소되며 큰 증기압을 가지고 실리콘 장치를 쉽게 손상시킨다. 이러한 이유 때문에 이러한 물질은 아마 집적회로를 제조하는데 사용하기에는 부적절한 재료이다.
전반적으로, 본 발명은 강유전성 및/또는 초전기 특성이 감소되는 입자 크기를 감소시키는 방법으로 물질을 도핑하여 종전의 기술에 내재하는 상쇄 효과를 극복한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 박막 페로브스카이트 물질의 강유전적 특성(즉, 잔류 분극)은 도핑에 의해 향상된다. 기술된 실시예는 하나 이상의 도너 도펀트를 사용하여 고유의 강유전성 임계 입자 크기를 갖는 진성 페로브스카이트 물질을 도핑하여 개선된 강유전성 물질을 형성하고, 진성 유전성 임계 입자 크기보다 작은 평균 입자 크기를 갖는 도너 도핑된 페로브스카이트 물질층을 형성하는 방법에 관한 것으로 층의 잔류 분극은 층의 평균 입자 크기와 유사한 평균 입자 크기를 갖는 진성 페로브스카이트 물질의 잔류 분극보다 상당히 더 크게된다. 여기서 사용되는 강유전성 임계 입자 크기는 입자 크기가 감소함에 따라 분극이 급격히 감소하기 시작하는 가장 큰 입자 크기이다. 양호하게는 도너 도핑된 페로브스카이트 물질은 하나 이상의 억셉터 도펀트로 도핑되어 도너-억셉터 도핑된 페로브스카이트 물질을 형성함으로써 저항성이 상당히 증가되었다. 양호하게는 진성 페로브스카이트 물질은 ABO3의 화학 조성을 갖고, 여기서 A는 하나 이상의 1가, 2가 또는 3가 원소이고, B는 하나 이상의 5가, 4가, 3가 또는 2가 원소이다.
본 발명의 다른 실시예에서 박막 페로브스카이트 물질의 초전기 특성(즉, 초전기 FOM)은 도핑에 의해 향상되었다. 본 명세서에 기술된 발명은 하나 이상의 도너 도펀트가 있는 진성 초전기 임계 입자 크기를 갖는 진성 페로브스카이트 물질을 도핑하여 개선된 초전기 물질을 형성하고, 진성 초전기 입자 크기보다 작은 평균 입자 크기를 갖는 도너 도핑된 페로브스카이트 물질층을 형성하는 방법에 관한 것으로 층의 초전기 FOM은 층의 평균 입자 크기와 유사한 평균 입자 크기를 갖는 진성 페로브스카이트 물질의 초전기 FOM보다 상당히 더 크게 된다. 여기에 사용되는, 초전기 임계 입자 크기는 입자 크기가 감소함에 따라 초전기 FOM이 급격히 감소하기 시작하는 가장 큰 입자 크기이다. 양호하게는, 도너 도핑된 페로브스카이트 물질은 하나이상의 억셉터 도펀트로 도핑되어 도너-억셉터 도핑된 페로브스카이트 물질을 형성함으로써 저항성이 상당히 증가되었다. 양호하게는, 진성 페로브스카이트 물질은 ABO3의 화학조성이며, 여기서 A는 하나이상의 1가 2가 또는 3가원소이고, B는 하나 이상의 5가, 4가, 3가 또는 2가 원소이다.
이들 개선된 강유전성 및 초전기 물질을 포함하는 구조물은 기판의 표면에 형성된 진성 강유전성 또는 초전기 임계 입자 크기보다 작은 평균 입자 크기를 갖는 도너 도핑된 페로브스카이트 물질층을 포함한다. 다른 구조물은 2개의 도전층 사이에 삽입된 도너 도핑된 물질층을 포함한다.
본 발명의 응용은 다양하다. 본 명세서에 제시된 물질은 커패시터, 트랜지스터, 비휘발성 메모리셀, 전자기 방사 검출 장치용 픽셀 및 다른 전기 광학 응용장치와 같은 반도체 회로에 사용되는 많은 구조물에서 사용되는 것을 발견할 수 있다. 다수의 이들 물질의 압전 특성을 이용하는 장치들은 본 발명으로부터 유익한 것을 얻을 것이다.
본 발명의 장점은 박막에서 전형적으로 발견되는 입자 크기로 형성되는 페로브스카이트 물질에 대한 잔류 분극을 상당히 증가시키는 것을 포함한다.
본 발명은 또한 페로브스카이트 물질의 박막내의 초전기 F0M이 유지되도록 한다. 또한, 제시된 방법에 의해 저항성이 전체적으로 증가되었다.
페로브스카이트 물질의 유용한 강유전성 및 초전기 특성은 일반적으로 물질의 입자 크기가 감소할수록 감소한다. 제1도에 도시된 바와 같이 도핑되지 않은 바륨 티타네이트(BT)의 유전 상수는 온도와 입자 크기에 따라 변화한다. 6.8㎛입자 크기에 대해 유전 상수는 큐리온도(약 130 ℃)가까이에서 급격히 변화되나, 다른 온도에서는 거의 변화하지 않는다. 입자 크기가 0.7㎛로 감소됨에 따라, 피크는 덜 분명해지고, 큐리 온도 이하에서의 유전상수는 증가되고 온도에 따라 덜 변화한다. 훨씬 더 작은 입자 크기에서, 유전 상수는 모든 온도에 대해 감소하고 온도에 대해 일정하다.
제2도를 참조하면, 동일한 경향이 관찰된다. 큰 입자 크기(즉, 53㎛)에서 유전 상수는 큐리 온도에서 뚜렷한 유전 상수를 갖는다. 입자 크기가 감소함에 따라, 큐리 온도 이하에서 유전상수는 증가하고 피크는 뚜렷하지 않다.
제3도를 참조하면, 바륨 스트론튬 티타네이트에 대한 동일한 경향이 도시되었다. 1O㎛입자 크기에서, 유전상수는 온도에 따라 급격히 변화하나 작은 입자 크기에서 피크는 덜 분명하다.
일반적으로, 온도에 따른 유전상수의 변화율이 클때, 초전기 F0M 또한 크다. 이들 도면이 보여주는 바와 같이, 유전 상수의 변화율은 어떤 입자 크기하에서는 감소한다. 즉 입자 크기가 어떤 값 이하로 감소하면 곡선의 기울기가 감소한다. 바륨 티타네이트에 대한 값은 제1도에 도시된 데이타에 의하면 그 값은 약 6.8㎛이다. 제3도에서 도시한 바와 같이, 바륨 스트론튬 티타네이트에 대한 값은 약 10㎛이다.
이들 그림이 도시하는 바와 같이, 초전기 페로브스카이트 물질의 초전기 F0M은 어떤 입자 크기 이하에서 급격히 감소한다. 다시, 여기서 사용되는 초전기 임계 입자 크기(PCGs)는 입자 크기가 감소함에 따라 초전기 FOM이 급격히 감소하기 시작하는 가장 큰 입자 크기이다. 대부분의 박막 페로브스카이트의 전형적인 입자크기는 PCGs보다 훨씬 작아서, 박막의 초전기 특성을 작게하거나, 아예 없애버린다. 박막 페로브스카이트의 입자 크기는 막이 유용한 초전기 특성을 갖도록 PCGs보다 커야만 한다. PCGs를 전형적인 박막 입자 크기 이하로 감소시키는 방법이 요구된다.
페로브스카이트의 유용한 강유전성 특성은 감소하는 입자 크기에 대해 또한 감소한다. 예를 들어, 바륨 지르코네이트 티타네이트에 의해 제시되는 잔류 분극은 100㎛입자크기에 대해 18마이크로 쿨롱/평방 센티미터(μC/㎠)이다. 30 내지 40㎛의 범위에 있는 입자 크기에 대해 잔류 분극은 6μc/㎠으로 측정되었다. 훨씬 더 작은 입자 크기(즉, 1㎛)에 대해 잔류 분극은 완전히 없어질 때까지 급격히 감소한다.
본 실시예에 의해 예시된 바와 같이, 강유전성 페로브스카이트 물질의 잔류 분극은 어떤 입자 크기 이하에서 급격히 감소한다.
다시 말하면, 여기서 사용된, 강유전성 임계 입자 크기(FCGS)는 잔류 분극이 입자 크기가 감소함에 따라 급격히 감소하기 시작하는 가장 큰 입자 크기이다. 대부분의 박막 페로브스카이트에 존재하는 전형적인 입자 크기는 일반적으로 FCGS보다 훨씬 작아서, 박막의 강유전성 특성을 작게하거나 아예 없애버린다. 박막 페로브스카이트의 입자 크기는 막이 유용한 강유전성 특성을 갖도록 FCGS 보다 큰 것이어야 한다. FCGS를 전형적으로 박막 입자 크기 이하로 감소시키는 방법이 필요하다.
도너 도펀트가 일반적으로 페로브스카이트 물질의 초전기 임계 입자 크기 및 강유전성 임계 입자크기를 감소시키는 것으로 알려져 있다. 이 효과는 종전의 기술에 의해 교시되지 않았으며 메카니즘 및 설명도 불명료하다. 일반적으로, (1) 결정 격자내의 원자를 대체하고 대체하는 원자보다 더 많은 수의 균형 전자를 갖거나 (2) 그 사이에 존재하거나 외부 전자각이 반 이하라면 원소 또는 이온은 도너 도펀트이다. 중간의 경우는 불확실하며 피상적으로 결정될 수 있다. 예를 들어 어떤 원소는 (1) 대치되는 원자와 균형이 같울 때 도너 도펀트로 작용한다. 마찬가지로, 어떤 원소는 (2) 균형 전자 각이 정확히 반만 차 있을 때 도너 도펀트로 작용한다.
억셉터 도펀트는 어떤 페로브스카이트 물질의 저항성을 증가시키는 것이 알려져 있다. 따라서, 본 발명의 다른 측면은 강유전성 및 초전기 페로브스카이트 물질을 억셉터와 함께 도핑하는 것이다. 일반적으로, 원소 또는 이온은, (1) 결정격자내의 원자를 대체하고 대체하는 원자 보다 적은수의 균형 전자를 갖거나 (2) 그 사이에 존재하고, 외곽 전자각이 반 이상 채워져 있을 때, 억셉터 도펀트이다. 중간 경우는 불확실하고, 피상적으로 결정된다. 예를 들어, 어떤 원소는 (1) 균형 전자가 치환되는 원자와 같은 수일 때 억셉터 도펀트로 작용한다. 마찬가지로, 어떤 원소는 (2) 균형 전자각이 정확히 반만 채워져 있을 때 억셉터 도펀트로 작용한다.
도펀트는 어떤 효과를 내기 위해 진성 물질에 의도적으로 도입되는 물질의 종류이다. 약 O.1몰 퍼센트(mole percent) 이하로 존재하는 의도하지 않은 불순물은 도펀트로 고려되지 않는다. 따라서, 본 발명의 전후 상황으로부터 진성 페로브스카이트 물질은 도너 또는 억셉터 도펀트로 작용하는 불순물이 존재한다면 0.1몰퍼센트 농도 이하의 농도로 존재하는 페로브스카이트 물질이다. 유사하게, 진성 초전기 임계 입자 크기(I PCGS)는 진성 페로브스카이트 물질의 초전기 임계 입자 크기이다. 진성 강유전성 임계 입자 크기(I FCGS)는 진성 페로브스카이트 물질의 강유전성 임계 입자 크기이다.
양호한 실시예 물질의 명목상의 조성식은 다음과 같다.
(Baa,Srb,Cac)1-xDxTi1-yAyO3
여기서 D는 3가의 도너이온(즉, Bi, Sb, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho 및 Er 또는 이들의 조합)이고 A는 3가의 억셉터 이온(즉, Co, Cu, Fe, Mn, Ru, Al, Ga, Sc, In, Ni 및 Yb 또는 이들의 조합)이거나 2가의 억셉터 이온(즉, Mg)이다. 3가 및 2가의 억셉터 이온은 Ti 서브-격자상에 존재한다. 조성비 값이 아래의 표 1에 주어졌다.
[표 1]
물론, a, b 및 c의 합은 1(즉, a+b+c=1)이다.
제2의 양호한 실시예의 물질을 위한 명목상의 조성식은
(Baa,Srb,Cac)Ti1-x-yDxAyO3
이고, 여기서 D는 5가 도너 이온(예를 들어, Nb, Ta 또는 이들의 조합)이고 A는 3가 또는 2가의 억셉터이온(예를 들어, Co, Cu, Fe, Mn, Ru, Al, Ga, Mg, Sc, In, Ni 및 Yb 또는 이들의 조합)이다. 표 1에 주어진 조성비 값이 여전히 적용된다.
제3의 양호한 실시예의 물질의 명목상의 조성식은
(Baa,Srb,Cac)1-x-yDxAyTiO3
이고, 여기서 D는 3가의 도너 이온(즉, Bi, Sb, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho 및 Er 또는 이들의 조합)을 포함하고 A는 1가의 억셉터이온(즉, K, Na, 또는 이들의 조합)을 포함한다. 다시 말하면, 표 1에 주어진 조성비값이 적용된다.
제4의 양호한 실시예의 물질의 명목상의 조성식은
(Baa,Srb,Cac)1-yAyTi1-xDxO3
이고, 여기서 D는 5가의 도너이온(즉, Nb, Ta 또는 이들의 조합)을 포함하고 A는 1가의 억셉터이온(즉, K, Na 또는 이들의 조합)을 포함한다. 다시 말하면 표 1에 주어진 조성비값이 적용된다.
4개의 제시된 실시예의 조성식은 만일 x 및 y가 동일하지 않다면 전하의 균형을 포함하지 않는다. 일반적으로 x 및 y는 다르므로(보통 x>y), Ba 및/또는 Ti 서브 격자 상에 이온 공핍을 형성하므로써 전하 보상이 발생해야 한다. 예를 들어 제1실시예(즉, Ba 면상에 3가 도너 및 Ti 면상에 3가 억셉터)에 대해서, x>y이고 Ba 서브 격자상에서 보상이 일어나는 것으로 가정하면, 이온 전하 치환의 차가 (x-y)이고, 하나의 바륨 공핍(V)는 2개의 전하차(Ba는 2가의 균형 전자를 갖는다)를 보상할 수 있으므로 전하보상을 고려한 조성식은
[(Baa,Srb,Cac)1-xDxV(x-y)/2][Ti1-yAy]O3
로 된다.
보상이 Ti면에서 일어나면 (x-y)/4의 공핍이 필요하다. 본 발명에 있어서 x>y 인 것이 전형적으로 요구되며, 그렇지 않으면, 보상은 산소 서브 격자상에서 발생한다.
전하보상은 가정에 따라 과도한 다른 조성식을 유도함을 알 수 있다. 따라서, 제1의 4개의 양호한 실시예에 주어진 명목 조성식은 여기 기술된 전하 보상을 얻기 위해 이루어질 수 있는 변화를 포함하는 것으로 가정한다.
실험상, 다음과 같은 명목상 조성을 갖는 물질(Ba0.66, Sr0.34, Dy0.01) Ti1.009Mn0.001O3.03이 제시되었다. 이 물질은 액상 성분을 결합하여 제조되고 용액은 대량으로 갈아서 압축 소결되어, 구워져 생석회로 형성되었다. 최종적인 세라믹 밀도는 이론적 밀도의 최소 95%였다. 세라믹 물질은 기계적으로 연마된뒤 250㎛의 두께로 박막화된다. 테스트 커패시터를 형성하도록 금속화를 인가하였다.
라인 인터셉트(line intercept) 방법에 의해 측정된 바에 의하면 이 물질의 평균 입자 크기는 0.5㎛였다. 유전상수의 피크값(큐리 온도에서의 유전상수)은 10,000 이상이었고, 온도(즉, 이 물질은 양질의 초전기 특성을 나타내었다)에 대해 급격히 변화되었다. 이 작용은 이 물질의 초전기 임계 입자 크기가 0.5㎛이하인 것을 나타낸다.
몇개의 양호한 실시예를 위에서 상세히 기술하였다. 본 발명의 영역은 또한 특허 청구의 범위에 속하면서 기술된 실시예들과 상이한 실시예들도 또한 포함한다. 예를 들어, 다수의 페로브스카이트 물질은 소형 기계 장치, 센서 및 음 정재파(SAW) 장치에 유용한 압전 특성을 나타낸다. 이들 물질의 도너-도핑의 효과 및 특성은 압전 응용에 잘 적용된다.
내부 및 외부 접속은 저항성, 용량성, 직접 및 간접, 삽입회로 또는 다른 것으로 될 수 있다. 광학 또는 다른 기술에 기초한 형태 및 실시예는 물론 이산 소자 또는 실리콘, 갈륨 비소, 또는 다른 전자 물질 계열로 완전히 집적된 회로로 고려되었다.
본 발명이 예시적 실시예를 참고하여 설명되었으나, 본 설명은 제한적 의미로 고려되어서는 안된다. 본 발명의 다른 실시예는 물론 도시된 실시예의 다양한 변경 및 결합은, 본 기술 영역에 통상의 지식이 있는 자에게는 본 명세서를 참조하면 명확해질 것이다. 따라서, 첨부하는 특허 청구의 범위는 이러한 모든 변경 및 실시예를 포함하는 것으로 한다.

Claims (25)

  1. 개선된 강유전성 박막을 형성하는 방법에 있어서, 도너 도펀트를 제1 강유전성 임계 입자 크기를 갖는 제1 페로브스카이트 물질에 부가하여 제2 페로브스카이트 물질을 형성하는 단계; 및 상기 제2 페로브스카이트 물질의 도핑된 박막-도핑된 박막은 상기 제1 강유전성 임계 입자 크기보다 작은 평균 입자 크기를 가짐-을 기판 상에 형성하는 단계를 포함하며, 이에 따라, 상기 도핑된 박막의 잔류 분극이 상기 도핑된 박막의 평균 입자 크기와 유사한 평균 입자 크기를 갖는 상기 제1 페로브스카이트 물질의 박막의 잔류 분극보다 실질적으로 더 큰 것을 특징으로 하는 개선된 강유전성 박막 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 층은 상기 제1 페로브스카이트 물질이 도핑된 후에 형성되는 강유전성 박막 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 층의 상기 평균 입자 크기는 상기 제1 강유전성 임계 입자 크기의 1/2보다 작은 강유전성 박막 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 페로브스카이트 물질은 (A1-x, Dy)BO3를 포함하고, 상기 A는 하나 이상의 1가, 2가 또는 3가 원소를 포함하고, 상기 B는 하나 이상의 5가, 4가, 3가 또는 2가 원소를 포함하며, 상기 D는 하나 이상의 도너 이온을 포함하고, x≤0.1 및 y≤0.1인 강유전성 박막 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 페로브스카이트 물질이 A(B1-x, Dy)O3를 포함하고, 상기 A는 하나 이상의 1가, 2가 또는 3가 원소를 포함하고, 상기 B는 하나 이상의 5가, 4가, 3가 또는 2가 원소를 포함하며, 상기 D는 하나 이상의 도너 이온을 포함하고, x≤0.1 및 y≤0.1인 강유전성 박막 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 페로브스카이트 물질은 (A1-x, D'y)(B1-z,D"w)O3를 포함하고, 상기 A는 하나 이상의 1가, 2가 또는 3가 원소를 포함하며, 상기 B는 하나 이상의 5가, 4가, 3가 또는 2가 원소를 포함하고, 상기 D'는 하나 이상의 도너 이온을 포함하며, 상기 D"는 하나 이상의 도너 이온을 포함하고, x≤0.1, y≤0.1, z≤0.1, w≤0.1 및 (y+w)>0.001인 강유전성 박막 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 페로브스카이트 물질은 (A1-x, D'y)(B1-z, D"w)(O3-δ, D"'η)을 포함하고, 상기 A는 하나 이상의 1가, 2가 또는 3가 원소를 포함하며, 상기 B는 하나 이상의 5가, 4가, 3가 또는 2가 원소를 포함하고, 상기 D'는 하나 이상의 도너 이온을 포함하며, 상기 D"는 하나 이상의 도너 이온을 포함하고, 상기 D"'는 하나 이상의 도너 이온을 포함하며, x≤0.1, y≤0.1, z≤0.1, w≤0.1, -0.2≤δ≤0.2,η≤0.1 및 (y+w+η)>0.001인 강유전성 박막 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 A는 바륨을 포함하고 상기 B는 티타늄을 포함하는 강유전성 박막 형성 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 A는 바륨과 스토론튬을 포함하고, 상기 B는 티타늄을 포함하는 강유전성 박막 형성 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 페로브스카이트 물질을 하나 이상의 억셉터 도펀트로 도핑하여 제3의 페로브스카이트 물질을 형성함으로써 상기 제3 페로브스카이트 물질의 저항이 상기 제2 페로브스카이트 물질의 저항보다 실질적으로 더 크게 되는 강유전성 박막 형성 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제3 페로브스카이트 물질은 (Baa,Srb,Cac)1-xDxTi1-yAyO3를 포함하고, a+b+c=1, 0.55≤a≤0.75, 0.25≤b≤0.4, 0.0≤c≤0.2, 0.003 ≤x≤0.030, 0.0≤y≤0.01 이고, 상기 D는 하나 이상의 3가 도너 이온을 포함하고, 상기 A는 하나 이상의 3가 억셉터 이온을 포함하는 강유전성 박막 형성 방법.
  12. (2차정정)제11항에 있어서, 상기 제3 페로브스카이트 물질은 (Baa,Srb,Cac)Ti1-x-yDxAyO3를 포함하고, 식중 a+b+c=1, 0.55≤a≤0.75, 0.25≤b≤0.4, 0.0≤c≤0.2, 0.003≤x≤0.030, 0.0≤y≤0.01이고, 상기 D는 하나 이상의 5가 도너 이온을 포함하고, 상기 A는 하나 이상의 3가 또는 2가 억셉터 이온을 포함하는 강유전성 박막 형성 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제3 페로브스카이트 물질이 (Baa,Srb,Cac)1-x-yDxAyTiO3를 포함하고, 식중 a+b+c=1, 0.55≤a≤0.75, 0.25≤b≤0.4, 0.0≤c≤0.2, 0.003≤x≤0.030, 0.0≤y≤0.01이며, 상기 D는 하나 이상의 3가 도너 이온을 포함하고, 상기 A는 하나 이상의 1가 억셉터 이온을 포함하는 강유전성 박막 형성 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제3 페로브스카이트 물질은 (Baa,Srb,Cac)1-yAyTi1-xDxO3를 포함하고 식중 a+b+c=1, 0.55≤a≤0.75, 0.25≤b≤0.4, 0.0≤c≤0.2, 0.003≤x≤0.030, 0.0≤y≤0.01이고, 상기 D는 하나 이상의 5가 도너 이온을 포함하며, 상기 A는 하나 이상의 1가 억셉터 이온을 포함하는 강유전성 박막 형성 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제3 페로브스카이트 물질이 (A1-x, D'y, A'u)(B1-z, D"w, A"v)(O3-δ, D"'η)를 포함하고, 상기 D'는 하나 이상의 도너 이온을 포함하며, 상기 D"는 하나 이상의 도너 이온을 포함하고, 상기 D"'는 하나 이상의 도너 이온을 포함하며, 상기 A'는 하나 이상의 억셉터 이온을 포함하고, 상기 A"는 하나 이상의 억셉터 이온을 포함하며, 식중 x≤0.1, y≤0.1, u≤0.1, z≤0.1, w≤O.1, v≤0.1, -0.2≤δ≤0.2, η≤0.1이고, (y+u+v+w+η)>0.001인 강유전성 박막 형성 방법.
  16. 개선된 강유전성 물질을 형성하는 방법에 있어서, (a) 제1 강유전성 임계 입자 크기를 갖는 제1 페로브스카이트 물질에 도너 도펀트 또는 억셉터 도펀트를 부가하여 제2 페로브스카이트 물질을 형성하는 단계, 및 (b) 상기 제1 강유전성 임계 입자 크기보다 작은 평균 입자 크기를 갖는 상기 제2 페로브스카이트 물질층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 강유전성 물질을 형성하는 방법에 있어서, (a) 도너 도핑된 바륨 스트롬튬 티타네이트를 형성하기 위해 (Ba0.66, Sr0.34)Ti0.999Mn0.001O3에 1.0몰 퍼센트 농도의 Dy 및 Ti를 부가하는 단계, 및 (b) 대략 0.5㎛의 평균 입자 크기를 갖는 상기 도너 도핑된 바룸 스트론튬 티타네이트 층을 형성하는 단계를 포함함으로써, 도너 도핑된 바륨 스트론튬 티타네이트의 상기 층의 강유전성 임계 입자 크기가 상기 (Ba0.66, Sr0.34)Ti0.999Mn0.001O3의 강유전성 임계 입자 크기보다 작게 되는 강유전성 물질 형성 방법.
  18. 개선된 초전기 물질(pyroelectric material)을 형성하는 방법에 있어서, (a) 제1 초전기 임계 입자 크기를 갖는 제1 페로브스카이트 물질에 도너 도펀트를 부가하여 제2 페로브스카이트 물질을 형성하는 단계, 및 (b) 상기 제1 초전기 임계 입자크기보다 작은 평균 입자크기를 갖는 상기 제2 페로브스카이트 물질층을 형성하는 단계를 포함함으로써, 상기 층의 초전기 감도 지수(figure of merit)가 상기 층의 평균 입자 크기와 유사한 평균 입자 크기를 갖는 상기 제1 페로브스카이트 물질의 초전기 감도 지수보다 실질적으로 크게 되는 초전기 물질 형성 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제2 페로브스카이트 물질은 (A1-x, D'y)(B1-z, D"w)(O3-δ, D'"η)를 포함하고, 상기 A는 하나 이상의 1가, 2가 또는 3가 원소를 포함하며, 상기 B는 하나 이상의 5가, 4가, 3가 또는 2가 원소를 포함하고, 상기 D'는 하나 이상의 도너 이온을 포함하며, 상기 D"는 하나 이상의 도너 이온을 포함하고, 상기 D"'는 하나 이상의 도너 이온을 포함하며, x≤0.1, y≤0.1, z≤0.1, w≤0.1, -0.2≤δ≤0.2, η≤0.1 및 (y+w+η)>0.001인 초전기 물질 형성 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제2 페로브스카이트 물질을 하나 이상의 억셉터 도펀트로 도핑하여 제3 페로브스카이트 물질을 형성함으로써 상기 제3 페로브스카이트 물질의 저항이 상기 제2 페로브스카이트 물질의 저항보다 실질적으로 더 크게 되는 초전기 물질 형성 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제3 페로브스카이트 물질이(A1-x, D'y, A'u)(B1-z, D"w, A"v)(03-δ, D"'η)를 포함하고, D'는 하나 이상의 도너 이온을 포함하며, 상기 D"는 하나 이상의 도너 이온을 포함하고, 상기 D"'는 하나 이상의 도너 이온을 포함하며, 상기 A'는 하나 이상의 억셉터 이온을 포함하고, 상기 A"는 하나 이상의 억셉터 이온을 포함하며, 식중 x≤0.1, y≤0.1, u≤0.1, z≤0.1, w≤0.1, v≤0.1,-0.2≤δ≤0.2, η≤0.1 및 (y+u+v+w+η)>0.001인 초전기 물질 형성 방법.
  22. 기판의 표면상에 형성된 구조물에 있어서, 상기 구조물은 진성 강유전성 임계 입자 크기보다 작은 평균 입자 크기를 갖는 도너 도핑된 페로브스카이트 물질층을 포함하는 구조물.
  23. (a) 제1도전층, 및 (b) 상기 제1 도전층과 접하고 있는, 진성 강유전성 임계 입자 크기보다 작은 평균 입자크기를 갖는 도너 도핑된 페로브스카이트 물질층을 포함하는 구조물.
  24. 제23항에 있어서, 상기 도너 도핑된 페로브스카이트 물질층은 상기 제1 도전층과 제2 도전층 사이에 삽입되는 구조물.
  25. 기판의 표면상에 형성된 구조물에 있어서, 상기 구조물은 진성 초전기 임계 입자 크기보다 작은 평균 입자 크기를 갖는 도너 도핑된 페로브스카이트 물질층을 포함하는 구조물.
KR1019930019705A 1992-09-28 1993-09-25 박막강유전성및초전기장치용도너도핑된페로브스카이트 KR100311335B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US95159692A 1992-09-28 1992-09-28
US07/951,596 1992-09-28
US951,596 1992-09-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR940008078A KR940008078A (ko) 1994-04-28
KR100311335B1 true KR100311335B1 (ko) 2001-12-15

Family

ID=25491887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019930019705A KR100311335B1 (ko) 1992-09-28 1993-09-25 박막강유전성및초전기장치용도너도핑된페로브스카이트

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0607501A3 (ko)
JP (1) JPH0722593A (ko)
KR (1) KR100311335B1 (ko)
MX (1) MX9305897A (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000189453A (ja) 1998-12-28 2000-07-11 Nichiban Co Ltd 医療用粘着テ―プ
KR20010017099A (ko) * 1999-08-07 2001-03-05 심상기 수세미 편직기
JP4218184B2 (ja) 2000-05-19 2009-02-04 株式会社デンソー 半導体装置の実装構造

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3996168A (en) * 1973-02-19 1976-12-07 Siemens Aktiengesellschaft Ceramic electrical resistor

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1004314A1 (ru) * 1980-12-09 1983-03-15 Предприятие П/Я Г-4816 Сегнетоэлектрический керамический материал

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3996168A (en) * 1973-02-19 1976-12-07 Siemens Aktiengesellschaft Ceramic electrical resistor

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0722593A (ja) 1995-01-24
MX9305897A (es) 1994-07-29
KR940008078A (ko) 1994-04-28
EP0607501A3 (en) 1995-06-07
EP0607501A2 (en) 1994-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5760432A (en) Thin film strained layer ferroelectric capacitors
KR100228038B1 (ko) 박막캐패시터
KR100707201B1 (ko) 강유전체 캐패시터, 그 제조 방법 및 강유전체 메모리 소자
US8076705B2 (en) Capacitor device providing sufficient reliability
US8053251B2 (en) Temperature-compensated ferroelectric capacitor device, and its fabrication
KR19980081009A (ko) 강유전체막을 사용한 박막 커패시터 장치 및 ram 장치
EP0571948B1 (en) Donor doped perovskites for thin film dielectrics
WO2002071448A2 (en) Single transistor ferroelectric memory cell
US7095067B2 (en) Oxidation-resistant conducting perovskites
WO2008050271A2 (en) Ferroelectric varactor with improved tuning range
Udayakumar et al. Polarization reversal and high dielectric permittivity in lead magnesium niobate titanate thin films
Guerrero et al. Growth and characterization of epitaxial ferroelectric PbZrxTi1− xO3 thin film capacitors with SrRuO3 electrodes for non-volatile memory applications
US6323512B1 (en) Nonvolatile ferroelectric capacitor and nonvolatile ferroelectric memory
Abe et al. Modification of ferroelectricity in heteroepitaxial (Ba, Sr) TiO3 films for non-volatile memory applications
US5721043A (en) Method of forming improved thin film dielectrics by Pb doping
KR100311335B1 (ko) 박막강유전성및초전기장치용도너도핑된페로브스카이트
US5504330A (en) Lead substitured perovskites for thin-film pyroelectric devices
US5888659A (en) Donor doped perovskites for thin-film ferroelectric and pyroelectric devices
US6432473B1 (en) PB substituted perovskites for thin films dielectrics
EP0661244A2 (en) Fabrication of thin film materials
KR20220107226A (ko) 강유전성 박막, 이를 이용한 전자 소자 및 강유전성 박막의 제조 방법
JP3138128B2 (ja) 誘電体薄膜構造物
Abe et al. Dielectric and Ferroelectric Properties of Heteroepitaxial Ba x Sr 1-x TiO 3 Films Grown on SrRuO 3/SrTiO 3 Substrates
ABE Epitaxial growth of (Ba, Sr) TiO3 thin films and their ferroelectric properties
JPH1093029A (ja) 薄膜誘電体素子

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20090716

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee