KR101394340B1 - 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 제조방법 - Google Patents

아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 BiFeO3의 A-site의 Bi 이온의 과잉첨가와 B-site에 소량의 Zn, Ti 이온의 치환을 통하여 화학적인 안정성을 높여 전반적인 강유전적 특성을 향상시킬 수 있고, B-site에 치환된 Zn, Ti 이온이 박막 내부에 생성되는 산소의 빈자리의 생성을 감소시켜 강유전성 및 누설전류의 특성을 개선시킬 수 있으며, Zn, Ti 이온의 첨가와 증착 조건을 변화하여 낮은 잔류분극 값과 높은 전기전도도를 가진 BFO 박막의 문제를 조금 더 개선시킴은 물론 발전 가능성을 제시할 수 있는 효과가 있다.

Description

아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 제조방법{Fabrication method of Zn and Ti-doped BiFeO3 Thin Film}
본 발명은 BiFeO3의 A-site(Bi 자리)의 Bi 이온의 과잉첨가와 B-site(Fe 자리)에 소량의 Zn, Ti 이온의 치환을 통하여 화학적인 안정성을 높여 전반적인 강유전적 특성을 향상시킬 수 있고, B-site에 치환된 Zn, Ti 이온이 박막 내부에 생성되는 산소의 빈자리의 생성을 감소시켜 강유전성 및 누설전류의 특성을 개선시킬 수 있으며, Zn, Ti 이온의 첨가와 증착 조건을 변화하여 낮은 잔류분극 값과 높은 전기전도도를 가진 BFO 박막의 문제를 조금 더 개선시킴은 물론 발전 가능성을 제시할 수 있는 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 제조방법에 관한 기술이다.
최근 들어 강유전체에 대한 연구가 매우 활발하게 이루어지고 있는데, 이는 강유전체가 강유전성 뿐만 아니라, 초전성(pyroelectric), 압전성(piezoelectric), 전기 광학적(electro-optic) 성질 그리고 비선형 광학적(nonlinear optic) 성질 등을 가지고 있어서 그 응용 범위가 매우 크기 때문이다. 이런 특성을 이용하여 강유전체는 이미 비휘발성 기억소자(nonvolatile memory device), DRAM(dynamic random access memory), 적외선 센서, SAW(surface acoustic wave) 필터 그리고 제 2 고조파 발생 장치(second-harmonic generator) 등에 응용되고 있다.
하지만, 그 용량의 한계가 보이고 있고, 응용의 다양성이 요구되는 상황에서 새로운 소재 개발의 필요성이 대두되고 있으며, 차세대 메모리용 소자로 전기적 특성과 자기적 특성을 동시에 지니고 있는 다강체의 관심이 크게 대두되고 있다.
이러한 다강체(mutiferroics)는 강유전성(ferroelectric), 강자성(ferromagnetic), 그리고 강탄성(ferroelastic) 중에서 두 가지 이상의 특성을 동시에 보이는 물질을 의미한다. 실제로 새로운 개념의 차세대 다기능성 메모리 소자로서 그 응용 가능성을 가지고 있어 최근에 관심이 높아지는 소재이다.
하지만, BiFeO3은 높은 누설전류(leakage current)로 인해 물질 고유한 강유전성을 측정하기 힘들다. 이러한 높은 누설전류의 원인은 A-site의 Bi3 + 이온이 공정 과정 중의 휘발과 더불어 B-site의 Fe3 + 이온이 Fe2 +이온으로 부분적으로 천이되어 공간 전하의 불균형을 가져오고 이에 기인하여 산소 빈자리가 생기기 때문이다. 또한 G-type anti-ferromagnetism의 자성 구조를 가지고 있어, 자기 분극의 효과가 미약한 문제점이 있다.
그러므로 BiFeO3의 A-site의 Bi 이온의 과잉첨가와 B-site에 소량의 Zn, Ti 이온의 치환을 통하여 화학적인 안정성을 높여 전반적인 강유전적 특성을 향상시킬 수 있고, B-site에 치환된 Zn, Ti 이온이 박막 내부에 생성되는 산소의 빈자리의 생성을 감소시켜 강유전성 및 누설전류의 특성을 개선시킬 수 있으며, Zn, Ti 이온의 첨가와 증착 조건을 변화하여 낮은 잔류분극 값과 높은 전기전도도를 가진 BFO 박막의 문제를 조금 더 개선시킴은 물론 발전 가능성을 제시할 수 있는 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 제조방법의 개발이 절실히 요구되고 있다.
이에 본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 착상된 것으로서, BiFeO3의 A-site의 Bi 이온의 과잉첨가와 B-site에 소량의 Zn, Ti 이온의 치환을 통하여 화학적인 안정성을 높여 전반적인 강유전적 특성을 향상시킬 수 있는 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 B-site에 치환된 Zn, Ti 이온이 박막 내부에 생성되는 산소의 빈자리의 생성을 감소시켜 강유전성 및 누설전류의 특성을 개선시킬 수 있는 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 Zn, Ti 이온의 첨가와 증착 조건을 변화하여 낮은 잔류분극 값과 높은 전기전도도를 가진 BFO 박막의 문제를 조금 더 개선시킴은 물론 발전 가능성을 제시할 수 있는 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 제조방법을 제공하는데 있다.
삭제
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 제조방법은 Bi1.05FeO3(BFO),Bi1.05(Fe0.99Zn0.01)O3(BFZO) 와 Bi1.05(Fe0.99Ti0.01)O3(BFTO) 조성의 벌크 형태의 세라믹 타겟을 고상 반응법으로 제작하기 위하여 Bi2O3, Fe2O3, ZnO, TiO2 분말의 출발원료를 준비하는 단계와; 상기 준비된 출발 원료를 에탄올과 혼합시켜 섞어 지름 10 mm의 안정화 지르코니아 볼과 함께 6시간 동안 볼 밀링을 하여 분말을 혼합 및 분쇄하는 공정과, 상기 밀링 후 90 ℃의 오븐에서 건조시키고, 건조된 분말을 700 ℃ 에서 2시간 동안 하소하는 공정을 포함하는데, 분말 입자의 균질성을 높이기 위하여 밀링, 건조, 하소 공정을 각각 두 번 반복한 후 다시 밀링, 건조하여 최종분말을 얻는 세라믹 타겟용 분말을 제조하는 단계와; 상기 세라믹 타겟용 분말에 성형을 위한 결합제로서 Poly Vinyl Alcohol(PVA)를 첨가 혼합하고 150 체로 체가름하는 공정과, 상기 체가름 된 분말은 일축 가압성형을 통하여 직경 1 inch, 두께 3 mm의 디스크 형태로 제작하는 공정을 포함하는 성형하는 단계와; 상기 성형된 시편은 알루미나 판 위에 놓고 Bi이온의 휘발을 막기 위해 조성이 같은 분말로 장입하는 공정과, 타겟을 Box형 전기로에 넣고 5 ℃/min의 승온 속도로 820 ℃의 소결 온도까지 올린 다음 2시간 유지한 후, 냉각 중에 발생하는 불순물 상을 피하기 위하여 급속 냉각 공정을 통하여 타켓을 제조하는 공정을 포함하는 소결 및 냉각하는 단계와; Si(100)에 thermal oxidation 법으로 SiO2를 300 nm 증착한 후 Ti을 sputtering 법으로 10 nm를 입힌 후 Pt(111)을 sputtering 법으로 150 nm가 증착된 Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100) 기판을 준비하는 공정과, Bi1.05(Fe0.99Zn0.01)O3와 Bi1.05(Fe0.99Ti0.01)O3 타겟을 기판위에 248 nm의 파장을 가지고 있는 Kr:F 엑시머 레이저를 이용하여 1.1 J/cm2 /shot 에너지 밀도에서 산소분압, 기판온도, 냉각 속도를 조절하여 증착을 하는 박막성장을 포함하는 박막 성장을 위해 기판을 준비하고 펄스레이저 증착법에 의해 박막을 성장시키는 단계; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
본 발명에 따른 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명은 BiFeO3의 A-site의 Bi 이온의 과잉첨가와 B-site에 소량의 Zn, Ti 이온의 치환을 통하여 화학적인 안정성을 높여 전반적인 강유전적 특성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 본 발명은 B-site에 치환된 Zn, Ti 이온이 박막 내부에 생성되는 산소의 빈자리의 생성을 감소시켜 강유전성 및 누설전류의 특성을 개선시킬 수 있다.
셋째, 본 발명은 Zn, Ti 이온의 첨가와 증착 조건을 변화하여 낮은 잔류분극 값과 높은 전기전도도를 가진 BFO 박막의 문제를 조금 더 개선시킴은 물론 발전 가능성을 제시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 벌크 세라믹 타겟을 제작하는 과정을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 BFO, BFTO, 그리고 BFZO 벌크 세라믹 타켓의 XRD 패턴을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 구조 를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막을 제조하는 흐름도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 BFO, BFTO, and BFZO 박막의 XRD 패턴을 나타낸 도면.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 BFO, BFZO, 그리고 BFTO 박막에서의 표면의 형상을 나타낸 사진 도면.
도 7(a) 내지 7(c)은 본 발명의 일실시예에 따른 BFO, BFZO, 그리고 BFTO 박막 캐패시터의 강유전이력곡선을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 BFO, BFZO, 그리고 BFTO 박막 캐패시터의 누설전류를 나타낸 도면.
도 9은 본 발명의 일실시예에 따른 BFO, BFZO, 그리고 BFTO 박막의 XPS 스펙트럼을 나타낸 도면.
이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시 예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명인 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 조성물 및 그 제조방법을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 조성물 및 그 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 벌크 세라믹 타겟을 제작하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 구조를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막을 제조하는 흐름도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 첫째로는, 출발원료를 준비하는 과정으로서, Bi1 .05FeO3(BFO), Bi1.05(Fe0.99Zn0.01)O3(BFZO), 그리고 Bi1 .05(Fe0 .99Ti0 .01)O3(BFTO) 조성의 벌크 형태의 세라믹 타겟을 고상 반응법으로 제작하기 위하여 출발원료로서 Bi2O3(99.99%), Fe2O3(99.99%), ZnO(99.99%),TiO2(99.9%)분말을 사용하였다.
둘째로는, 세라믹 타겟용 분말을 제조하는 과정으로서, 출발 원료를 에탄올과 혼합시켜 섞어 지름 10 mm의 안정화 지르코니아 볼과 함께 6시간 동안 볼밀링을 하여 분말을 혼합 및 분쇄하였다. 밀링 후 90 ℃의 오븐에서 건조시키고, 건조된 분말을 700 ℃ 에서 2시간 동안 하소하였다. 분말 입자의 균질성을 높이기 위하여 밀링, 건조, 하소 공정을 각각 두 번 반복한 후 다시 밀링, 건조하여 최종분말을 얻었다.
셋째로는, 성형하는 과정으로서, 최종분말에 성형을 위한 결합제로서 Poly Vinyl Alcohol(PVA)를 첨가 혼합하고 150 체로 체가름 하였다. 체가름 된 분말은 일축 가압성형을 통하여 직경 1 inch, 두께 3 mm의 디스크 형태로 제작하였다.
넷째로는, 소결 및 냉각하는 과정으로서, 제작된 시편은 알루미나 판 위에 놓고 Bi이온의 휘발을 막기 위해 조성이 같은 분말로 장입 하였다. 타겟을 Box형 전기로에 넣고 5 ℃/min의 승온 속도로 820 ℃의 소결 온도까지 올린 다음 2시간 유지한 후, 냉각 중 발생하는 불순물 상을 피하기 위하여 급속냉각 공정을 통하여 세라믹 타겟을 제조하였다.
도 3에 도시한 바와 같이, 다섯째로는, 박막 성장을 위해 기판을 준비하고 펄스레이저 증착법에 의해 박막을 성장시키는 과정으로서, 먼저, 기판준비 과정은 박막을 제조하기 위한 기판으로는 Si(100)에 thermal oxidation 법으로 SiO2를 300 nm 증착 후 Ti을 sputtering 법으로 10 nm 정도 입힌 후 Pt(111)을 sputtering 법으로 150 nm 증착 된 기판인 Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)을 사용하였으며, 기판을 1 cm × 1 cm 정도로 자른 후 유기물을 제거하기 위하여 초음파 세척기를 이용하여 아세톤에서 약 15분간 세척한 후 증류수로 세척하고 즉시, 불활성 가스인 질소가스로 건조 후 기판 홀더에 열전도율이 높은 실버 페이스트(siver-paste)를 이용하여 건조된 기판을 붙이고 기판과 홀더의 접착력을 높이기 위해서 90 ℃의 오븐에서 약 30분간 건조 후 사용하였다.
도 4에 도시한 바와 같이, 다음으로, 펄스레이저 증착법에 의한 박막성장 과정은 Bi1 .05FeO3(BFO), Bi1 .05(Fe0 .99Zn0 .01)O3(BFZO), 그리고 Bi1 .05(Fe0 .99Ti0 .01)O3(BFTO) 타겟을 기판 위에 248 nm의 파장을 가지고 있는 Kr:F 엑시머 레이저를 이용하여 1.1 J/cm2 /shot 에너지 밀도에서 증착을 하였으며 산소분압 30 mtorr, 기판온도 530℃, 냉각 속도를 조절하여 증착을 하여 성장시키는 것이다.
세라믹 타겟과 박막의 구조 및 결정성을 확인하기 위하여 X-선 회절 장치(X-ray diffractometer, MinflexII, Rigaku)를 이용하여 측정하였고, 표면관찰 및 두께 측정을 위해 전계방사형 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope: FESEM, Tescan, MIRA II LMH)을 이용하여 박막의 결정립의 평균 크기 및 표면과 단면의 상태와 두께를 관찰하였으며, 화학적 결합상태 분석을 위하여 X-선 광전자 분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)을 이용하여 BiFeO3에 X선을 조사하여 광전자의 운동에너지로부터 결합에너지를 구하여 Fe-site 에 첨가된 전이금속에 따른 Fe3 +와 Fe2 +의 공존비율을 분석을 하였다.
또한 BFO 박막의 강유전 이력곡선을 측정하기 위하여 강유전성 특성 측정 장치(Home Made)를 사용하여 상온에서 10 kHz의 삼각파로 측정하였으며, 누설전류 밀도를 측정하기 위하여 상온에서 반도체 I-V 측정 장비(Semiconductor parameter analyzer, HP 4145b)를 사용하여 측정하였다
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 BFO, BFTO, and BFZO 벌크 세라믹 타켓의 XRD 패턴의 결과를 보여주고 있다.
XRD 분석결과 다결정 벌크 세라믹 타겟은 페로브스카이트 구조에 잘 맞는 것을 보여주고 있다. 모든 회절패턴은 BFO 상을 잘 유지하는 것을 알았다(JCPDS Card no. 86-1518). 모든 벌크 세라믹은 이차상이 발견이 되었는데, Fe-rich(철 과잉) and Bi-rich(비스무스 과잉) 상을 가지고 있는 것으로 확인 되었다. BFZO 벌크 세라믹의 경우 가장 적은 이차상이 발견이 되는 반면에 BFTO 경우 다른 벌크 세라믹보다 많은 이차상이 발견이 되었다. 이는 결정화 온도와 밀접한 관련이 있는데, Ti4+ions을 도핑한 BFO 벌크 세라믹에서도 유사한 경향을 보이고 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 BFO, BFTO, and BFZO 박막의 XRD 결과를 보여주고 있다.
그 결과 Zn 혹은 Ti 결정구조에는 영향을 주지 않는 것으로 보여지고 있다. 이러한 이유는 Ti 이온 혹은 Zn 이온이 Fe 이온과 비슷한 이온의 반지름을 가지고 있기 때문이라 판단된다. (100), (110), 그리고 (111)로 정렬된 볼륨의 양(면적)은 그림2에서와 같이 예상되는데 이는 다름과 같은 식을 따른다:
Figure 112012049605214-pat00001
(1)
F hkl 은 결정 인자, LP hkl 은 로렌츠와 분극의 인자,MP hkl은 복합 인자, A hkl흡수 인자, V은 상의 볼륨 인자, 그리고 Vc 유닛셀의 볼륨. 여기서 우리는 “V” 만을 고려하였는데, 그 이유는 다른 인자의 경우 상수이기 때문이다(동일한 물질내 에서의 상수는 같다고 여긴다). BFO(Bi1 .05FeO3) 박막에서 계산된 (100), (110), 그리고 (111) 정렬된 볼륨의 양은 각각 0.3%, 3.7%, 그리고 96.0% 이며, BFZO(Bi1 .05(Fe0 .99Zn0 .01)O3)의 볼륨의 경우 0.4%, 9.0%, 그리고 90.6%. BFTO(Bi1 .05(Fe0 .99Ti0 .01)O3) 박막의 경우, (111) 반사가 없었다. 이와 같은 것으로 보아 BFO 와 BFZO 박막의 경우 <111> 방향으로 정렬이 된 것을 알 수가 있었다. BFO 박막의 자발분극 방향은 [111] 방향이기 때문에 BFO 와 BFZO 박막에서 우수한 자발분극 값을 가질 것이라 예상된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 BFO, BFZO, 그리고 BFTO 박막에서의 표면의 형상을 보여주고 있다.
BFO 그리고 BFZO 박막에서 상당히 비슷한 사이즈와 평균적인 입자 사이즈를 가지고 있는 것으로 관찰되었다. BFTO 박막의 경우 비 입자성장(입자의 크기가 서로 다르며 그 크기의 차이가 큰 형상)의 모습을 보여주고 있다. SEM의 단면을 관찰한 결과 BFO, BFZO 그리고 BFTO 박막에서 각각 400 nm, 570 nm, 그리고 420 nm 두께로 성장 한 것을 관찰 할 수 있었다.
도 7(a), 7(b), 그리고 7(c)는 본 발명의 일실시예에 따른 BFO, BFZO, 그리고 BFTO 박막 캐패시터의 강유전이력곡선을 보여주고 있다.
강유전이력 곡선을 확인하기 위하여 10 kHz의 주파수에서 측정을 하였다. BFO, BFZO, 그리고 BFTO 박막 캐패시터의 잔류분극(2P r )와 항전계값(2E c )값이 각각 100 μC/cm2그리고 678 kV/cm, 107 μC/cm2그리고 540 kV/cm, 그리고 100 μC/cm2그리고 720 kV/cm으로 확인되었다. The P(E)loop of the BFTO 박막 캐패시터의 강유전이력 곡선에서는 마이너스 방향으로 치우치는 (imprint effects) 현상이 발견 되었다. 이러한 한쪽 방향으로 치우치는 현상은 전자가 결함 자리에 묶이는 것으로, 산소빈자리나 박막과 전극사이의 계면에서의 문제, 혹은 Fe 이온의 혼재 (Fe2 +와 Fe3 +상태) 그리고/혹은 Bi 빈자리 등의 이유가 있다. 이와는 반대로 우수한 강유전이력 곡선의 현상이 동일한 전기장 내에서 비교한 BFZO 박막 캐패시터에서 관찰되었다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 BFO, BFZO, 그리고 BFTO 박막 캐패시터의 누설전류를 나타내고 있다.
BFZO 박막에 비해 높은 누설전류의 값을 BFO와 BFTO 박막에서 보여주고 있는데, BFZO 박막의 누설전류의 값은 대략 2.8 x 10-4A/cm2의 값으로 다른 박막에 비해서 20-30배의 누설전류의 값의 개선이 있는 것으로 관찰되었다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 BFO, BFZO, 그리고 BFTO 박막의 XPS 스펙트럼의 결과를 보여주고 있다.
Fe3 +이온의 3/2 1/2 스핀-오비탈의 결합 에너지가 709.6 eV 그리고 722.3 Ev으로 보고되고 있다. 픽의 포지션은 가우시안 프로파일을 이용하여 나타내었는데 BFO, BFZO, 그리고 BFTO 박막에서의 Fe2 +의 백분율은 38%, 31%, 그리고 35%으로 각각 계산되었다. XPS 결과로 모든 BFO 박막에서 Fe의 혼재를 확인하였다(Fe3 +-Fe2 +). BFO 그리고 BFTO, BFZO 박막에서 낮은 Fe2 +이온의 혼재를 확인하였으며, 그 결과 억셉터로 작용된 Zn 이온은 산소빈자 억제를 시키며, 낮은 누설전류의 값을 나타낸다는 것을 확인 할 수가 있었다.
상기와 같은 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 소재들의 응용범위는 비휘발성 기억소자(nonvolatile memory device), DRAM(dynamic random access memory), 적외선 센서, SAW(surface acoustic wave) 필터 그리고 제 2 고조파 발생 장치(second-harmonic generator) 등 매우 다양하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 제조방법에 있어서,
    Bi1.05FeO3(BFO),Bi1.05(Fe0.99Zn0.01)O3(BFZO)와 Bi1.05(Fe0.99Ti0.01)O3(BFTO) 조성의 벌크 형태의 세라믹 타겟을 고상 반응법으로 제작하기 위하여 Bi2O3, Fe2O3, ZnO, TiO2 분말의 출발원료를 준비하는 단계와;
    상기 준비된 출발 원료를 에탄올과 혼합시켜 섞어 지름 10 mm의 안정화 지르코니아 볼과 함께 6시간 동안 볼 밀링을 하여 분말을 혼합 및 분쇄하는 공정과,
    상기 밀링 후 90 ℃의 오븐에서 건조시키고, 건조된 분말을 700 ℃ 에서 2시간 동안 하소하는 공정을 포함하는데, 분말 입자의 균질성을 높이기 위하여 밀링, 건조, 하소 공정을 각각 두 번 반복한 후 다시 밀링, 건조하여 최종분말을 얻는 세라믹 타겟용 분말을 제조하는 단계와;
    상기 세라믹 타겟용 분말에 성형을 위한 결합제로서 Poly Vinyl Alcohol(PVA)를 첨가 혼합하고 150 체로 체가름하는 공정과, 상기 체가름 된 분말은 일축 가압성형을 통하여 직경 1 inch, 두께 3 mm의 디스크 형태로 제작하는 공정을 포함하는 성형하는 단계와;
    상기 성형된 시편은 알루미나 판 위에 놓고 Bi이온의 휘발을 막기 위해 조성이 같은 분말로 장입하는 공정과, 타겟을 Box형 전기로에 넣고 5 ℃/min의 승온 속도로 820 ℃의 소결 온도까지 올린 다음 2시간 유지한 후, 냉각 중에 발생하는 불순물 상을 피하기 위하여 급속 냉각 공정을 통하여 타켓을 제조하는 공정을 포함하는 소결 및 냉각하는 단계와;
    Si(100)에 thermal oxidation 법으로 SiO2를 300 nm 증착한 후 Ti을 sputtering 법으로 10 nm를 입힌 후 Pt(111)을 sputtering 법으로 150 nm가 증착된 Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100) 기판을 준비하는 공정과, Bi1.05(Fe0.99Zn0.01)O3와 Bi1.05(Fe0.99Ti0.01)O3 타겟을 기판위에 248 nm의 파장을 가지고 있는 Kr:F 엑시머 레이저를 이용하여 1.1 J/cm2 /shot 에너지 밀도에서 산소분압, 기판온도, 냉각 속도를 조절하여 증착을 하는 박막성장을 포함하는 박막 성장을 위해 기판을 준비하고 펄스레이저 증착법에 의해 박막을 성장시키는 단계; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 제조방법.
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