KR102346432B1 - 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조 및 제조방법 - Google Patents
강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조 및 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102346432B1 KR102346432B1 KR1020200066064A KR20200066064A KR102346432B1 KR 102346432 B1 KR102346432 B1 KR 102346432B1 KR 1020200066064 A KR1020200066064 A KR 1020200066064A KR 20200066064 A KR20200066064 A KR 20200066064A KR 102346432 B1 KR102346432 B1 KR 102346432B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- ferroelectric
- switch
- film
- capacitors
- capacitor
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 109
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 33
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 15
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 229910020684 PbZr Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 3
- YOBOXHGSEJBUPB-MTOQALJVSA-N (z)-4-hydroxypent-3-en-2-one;zirconium Chemical compound [Zr].C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O YOBOXHGSEJBUPB-MTOQALJVSA-N 0.000 claims description 2
- POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 2-butoxyethanol Chemical compound CCCCOCCO POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 2
- KQNKJJBFUFKYFX-UHFFFAOYSA-N acetic acid;trihydrate Chemical compound O.O.O.CC(O)=O KQNKJJBFUFKYFX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N diethanolamine Chemical compound OCCNCCO ZBCBWPMODOFKDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940046892 lead acetate Drugs 0.000 claims description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 44
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 22
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 description 18
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 6
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 5
- KCTAWXVAICEBSD-UHFFFAOYSA-N prop-2-enoyloxy prop-2-eneperoxoate Chemical compound C=CC(=O)OOOC(=O)C=C KCTAWXVAICEBSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- VNSWULZVUKFJHK-UHFFFAOYSA-N [Sr].[Bi] Chemical compound [Sr].[Bi] VNSWULZVUKFJHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- AYTAKQFHWFYBMA-UHFFFAOYSA-N chromium dioxide Chemical compound O=[Cr]=O AYTAKQFHWFYBMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- -1 titanium nitride Chemical compound 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910019606 La0.5Sr0.5CoO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018276 LaSrCoO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019834 RhO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020286 SiOxNy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002353 SrRuO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002370 SrTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003097 YBa2Cu3O7−δ Inorganic materials 0.000 description 1
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005407 aluminoborosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 239000005354 aluminosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002115 bismuth titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- HTRXGEPDTFSKLI-UHFFFAOYSA-N butanoic acid;ethyl acetate Chemical compound CCCC(O)=O.CCOC(C)=O HTRXGEPDTFSKLI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N cadmium nickel Chemical compound [Ni].[Cd] OJIJEKBXJYRIBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- KZYDBKYFEURFNC-UHFFFAOYSA-N dioxorhodium Chemical compound O=[Rh]=O KZYDBKYFEURFNC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(IV) oxide Inorganic materials O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N iridium(IV) oxide Inorganic materials O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LBSANEJBGMCTBH-UHFFFAOYSA-N manganate Chemical compound [O-][Mn]([O-])(=O)=O LBSANEJBGMCTBH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/55—Capacitors with a dielectric comprising a perovskite structure material
- H01L28/56—Capacitors with a dielectric comprising a perovskite structure material the dielectric comprising two or more layers, e.g. comprising buffer layers, seed layers, gradient layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G13/00—Apparatus specially adapted for manufacturing capacitors; Processes specially adapted for manufacturing capacitors not provided for in groups H01G4/00 - H01G11/00
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/018—Dielectrics
- H01G4/06—Solid dielectrics
- H01G4/08—Inorganic dielectrics
- H01G4/12—Ceramic dielectrics
- H01G4/1209—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material
- H01G4/1218—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on titanium oxides or titanates
- H01G4/1227—Ceramic dielectrics characterised by the ceramic dielectric material based on titanium oxides or titanates based on alkaline earth titanates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/33—Thin- or thick-film capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/40—Structural combinations of fixed capacitors with other electric elements, the structure mainly consisting of a capacitor, e.g. RC combinations
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
- H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
- H01L21/02172—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides
- H01L21/02197—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides or metal carbides the material having a perovskite structure, e.g. BaTiO3
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
- H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
- H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
- H01L21/02282—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process liquid deposition, e.g. spin-coating, sol-gel techniques, spray coating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
- H01L27/0611—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
- H01L27/0617—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
- H01L27/0629—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with diodes, or resistors, or capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
본 발명의 일 개시에 의하여, 기판, 기판 위에 형성되는 제 1 전극, 제 1 전극 위에 형성되는 강유전체 필름 및 강유전체 필름 위에 형성되는 제 2 전극을 포함하며, 강유전체 필름은 하나의 강유전체 필름이 적층된 것을 특징으로 하는, 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조 및 디지털 콘덴서를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 충전 및 방전이 가능한 배터리로 전기자동차, 전자기기 등 다양한 분야에 적용되며 활발한 연구가 진행되고 있다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지를 들 수 있다. 그리고 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다. 이차전지는 고출력 대용량의 필요성으로 인해 다수개의 배터리 셀을 적층시킨 후 전기적으로 병렬 또는 직렬로 연결하여 모듈 형태로 제작되고 있다.
배터리 셀은 번갈아 적층되는 양극판과 음극판, 양극판과 음극판 사이에 각각 배치되는 분리막을 포함하는 전극체, 전극체를 감싸 밀봉하는 파우치, 파우치의 내부에 충전되는 전해질을 포함하는 일종의 슈퍼 커패시터로써, 전자회로에서 사용되는 소형 커패시터에 비하여 크기가 크고 구조가 정해지기 때문에 이러한 배터리 셀을 이용하는 디바이스와 배터리 셀이 일체형으로 구현되기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 크기가 작고 복수개의 콘덴서의 순차 방전을 통해 부하에 전류가 공급되는 시간을 늘릴 수 있는 디지털 콘덴서 회로를 제공하고자 함에 그 목적이 있으며, 나아가 충전 효율을 높일 수 있는 디지털 콘덴서의 구조를 제시함에 목적이 있다.
본 발명의 일 실시 예로써, 디지털 콘덴서 회로 및 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조가 제공될 수 있다.
일 개시에 의하여, 기판, 기판 위에 형성되는 제 1 전극, 제 1 전극 위에 형성되는 강유전체 필름 및 강유전체 필름 위에 형성되는 제 2 전극을 포함하며, 강유전체 필름은 하나의 강유전체 필름이 적층된 것을 특징으로 하는, 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조를 제공할 수 있다.
일 개시에 의하여, 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 제조방법을 제공하며, 본 방법은 기판 위에 제 1 전극을 형성하는 공정, 제 1 전극 위에 형성되는 강유전체 필름을 900~1000
이하의 온도에서 30분~60분 동안 열처리하여 강유전체 필름을 형성하는 공정 및 강유전체 필름 위에 제 2 전극을 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
여기서, 강유전체 필름은 서로 다른 조성물로 이루어진 적어도 하나의 강유전체 필름이 적층된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 콘덴서 회로는 직류 전원이 입력되는 전원단과 연결되어 전원단으로부터 발생된 전원 전류가 입력되는 입력 노드, 일 단이 입력 노드와 접속되고 입력 노드를 기준으로 분기하여 마련된 복수개의 콘덴서들, 복수개의 콘덴서들의 타 단에 접속되어 복수개의 콘덴서들 마다 각각 마련된 제 1 스위치 및 제 2 스위치로 분기하도록 형성된 충방전 노드 및 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 개폐 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하고, 제어부에서는 그라운드에 접속된 제 1 스위치를 연결(ON)시키고, 부하와 접속된 제 2 스위치를 개방(OFF)시킴으로써 복수개의 콘덴서들이 충전되고, 복수개의 콘덴서들이 충전된 상태에서 제 1 스위치를 개방시키고 제 2 스위치를 연결시킴으로써 복수개의 콘덴서들이 방전될 수 있다.
본 발명의 디지털 콘덴서 회로에 의하면, 크기가 작고 복수개의 콘덴서의 순차 방전을 통해 부하에 전류가 공급되는 시간을 늘릴 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 디지털 콘덴서에 포함된 강유전체를 이용하여 콘덴서의 충전 효율을 높일 수 있다.
도 1은 일 개시에 의한 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 콘덴서 회로를 나타낸 예시도이다.
도 3은 일 개시에 의한 3개층의 강유전체 필름을 포함하는 콘덴서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 개시에 의한 절연 코팅층을 포함하는 디지털 콘덴서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 콘덴서 회로를 나타낸 예시도이다.
도 3은 일 개시에 의한 3개층의 강유전체 필름을 포함하는 콘덴서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 개시에 의한 절연 코팅층을 포함하는 디지털 콘덴서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.
본 발명의 다른 특징은 누설 전류가 감소되고 미세구조 다공성이 개선되는 다층 구조의 강유전성 필름을 제조하는 방법에 관련된다. 본 발명의 이러한 특징에 따라서 상기 다층 구조의 강유전성 필름의 제조 방법은 하나 이상의 강유전성 물질 및/또는 하나 이상의 강유전성 물질의 혼합물로 이루어진 다층 구조의 강유전성 필름을 형성하는 단계, 및 약 5분 내지 120분 동안 800℃ 이하의 온도로 상기 다층 구조의 강유전성 필름을 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일 개시에 의한 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조를 나타낸다.
일 개시에 의하여, 기판(10), 기판 위에 형성되는 제 1 전극(20), 제 1 전극 위에 형성되는 강유전체 필름(30) 및 강유전체 필름(30) 위에 형성되는 제 2 전극(40)을 포함할 수 있다.
제 1 전극(20) 및 제 2 전극(40)은 각각 Pt, Ir, Pd, 및 Ru를 포함하는 귀금속, 귀금속의 합금, 귀금속과 (귀금속이 아닌)금속의 합금, IrO2, RuO2, RhO2, SrRuO3, LaSrCoO3, La0.5Sr0.5CoO3, YBaCuO3, 및 YBa2Cu3O7-δ와 같은 전도성 산화물(conductive oxide), 조합물, 이들의 다층물 및 혼합물을 포함하는 전도성 물질로 이루어질 수 있다.
일 개시에 의하여 제 1 전극(20)은 제 2 전극(40)과 동일한 전도성 물질 또는 상이한 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 그러나 제 1 전극(20) 및 제 2 전극(40)이 동일한 전도성 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
일 개시에 의하여 강유전체 필름(30)은 적어도 하나의 강유전체 막이 적층된 것을 특징으로 한다. 타이타늄산 지르콘산 납(PZT) 등으로 대표되는 결정을 포함하는 강유전체 박막은, 자발 분극, 고유전율, 전기광학 효과, 압전(壓電) 효과, 초전(焦電) 효과 등을 갖고 있기 때문에, 압전 소자 등의 광범위한 디바이스 개발에 응용된다. 또한, 이러한 강유전체 박막의 성막 방법으로서는, 예컨대 MOD법, 졸-겔법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법, 스퍼터링법 등이 알려져 있지만, 특히 MOD법 및 졸-겔법은 강유전체 박막을 비교적 저비용으로 간편하게 성막할 수 있다는 이점을 갖는다.
일 개시에 의하여 강유전체 필름(30)은, BTO막(BaTiO3), PZT(PbZrxTi1-xO3)막, PMN-PT막(Pb(Mg1/3Nb2/3)03-PbTi03), PLZT (Pb1-zLazZrxTi1-xO3)막 및 BSO-PZT(Bi2SiO5additive PZT)막 중에서 선택된 두 개의 필름이 제 1 강유전체 층과 제 2 강유전체 층을 이루는 것을 특징으로 한다.
일 개시에 의하여 제 1 강유전체 층은 15nm∼40nm의 두께로 형성될 수 있으며 바람직하게는 25nm의 두께로 제조될 수 있다. 또한, 제 2 강유전체 층은 35nm∼140nm의 두께로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 75nm의 두께로 제조될 수 있다.
일 개시에 의하여, 강유전성 물질 또는 혼합물이라는 용어는 자발 전기 분극(spontaneous electric polarization)을 보이는 임의의 결정질(crystalline), 다결정질(polycrystalline), 또는 비정질(amorphous) 물질을 나타내도록 본 명세서에서 사용된다.
본 발명에서 사용되는 강유전성 물질 또는 혼합물로는 원소 주기율표(CAS 버전)의 ⅣB 족(Ti, Zr 또는 Hf), ⅤB 족(V, Nb 또는 Ta), ⅥB 족(Cr, Mo 또는 W), ⅦB 족(Mn 또는 Re) 또는 ⅠB 족(Cu, Ag 또는 Au)의 금속을 포함하는 적어도 하나의 산성 산화물(acidic oxide)과 약 1 내지 3가의 양전하(positive formal charge)를 갖는 적어도 하나의 잉여 양이온(cation)을 포함하는 페로프스카이트형(perovskite-type) 산화물이다.
바람직한 페로프스카이트형 산화물로는 티타네이트계(titanate-based) 강유전체, 망간산염계(manganate-based) 물질, 쿠프레이트계(cuprate-based) 물질, 텅스텐 브론즈형(tungsten bronze-type) 니오베이트, 탄탈레이트, 또는 티타네이트, 및 층상 비스무트 탄탈레이트, 니오베이트, 또는 티타네이트가 있지만, 이것에만 한정되는 것은 아니다. 이러한 페로프스카이트형 산화물 중에서 스트론튬 비스무트 탄탈레이트, 스트론튬 비스무트 니오베이트, 비스무트 티타네이트, 스트론튬 비스무트 탄탄레이트 니오베이트, 납 지르코네이트(lead zirconate) 티타네이트 및 납 란탄(lanthanum) 지르코네이트 티타네이트가 본 발명에서 매우 바람직하다.
일 개시에 의한 기판(10)은 상부면 위의 절연체는 물론 내장된 능동 장치 영역(active device region)을 포함할 수 있는 임의의 반도체 웨이퍼 또는 물질을 나타내기 위해 널리 사용된다.
일 개시에 의하여 기판(10)으로 사용할 수 있는 기판에 큰 제한은 없으나, 적어도, 후의 열처리에 견딜 수 있을 정도의 내열성을 갖고 있을 필요가 있다. 예를 들어, 유리 기판, 세라믹 기판, 실리콘이나 탄화 실리콘 등의 단결정 반도체 기판, 다결정 반도체 기판, 실리콘 게르마늄 등의 화합물 반도체 기판, SOI 기판 외, 본 제작 공정의 처리 온도에 견딜 수 있을 정도의 내열성을 갖는 플라스틱 기판 등을 이용할 수 있다. 또한, 이들 기판 위에 반도체 소자가 형성된 것을 기판(10)으로 이용하여도 좋다.
유리 기판으로는, 예를 들어, 바륨붕규산 유리, 알루미노붕규산 유리 또는 알루미노규산 유리 등의 무알칼리 유리 기판을 이용하는 것이 좋다. 그 외에도 석영 기판, 사파이어 기판 등을 이용할 수 있다. 또한, 기판(10)으로, 가요성 기판(플렉서블 기판)을 이용하여도 좋다. 가요성 기판을 이용하는 경우, 가요성 기판 위에, 트랜지스터를 직접 제작하여도 좋으며, 다른 제작 기판 위에 트랜지스터를 제작하고, 그 후 가요성 기판에 박리, 전치하여도 좋다. 한편, 제작 기판에서 가요성 기판으로 박리, 전치하기 위해, 제작 기판과 트랜지스터 사이에 박리층을 형성하는 것이 좋다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 콘덴서 회로를 나타낸 예시도이다. 이하에서는 상기에서 설명한 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시 예로써, 디지털 콘덴서 회로가 제공될 수 있다.
일 개시에 의한 본원발명의 강유전체 필름을 포함하는 콘덴서(200)는 디지털 콘덴서 회로의 구성으로 사용될 수 있다. 강유전체 필름을 포함하는 콘덴서(200)는 복수개 사용되어, 충전 및 방전을 반복할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 콘덴서 회로는 직류 전원이 입력되는 전원단과 연결되어 전원단으로부터 발생된 전원 전류가 입력되는 입력 노드, 일 단이 입력 노드와 접속되고 입력 노드를 기준으로 분기하여 마련된 복수개의 콘덴서들, 복수개의 콘덴서들의 타 단에 접속되어 복수개의 콘덴서들 마다 각각 마련된 제 1 스위치 및 제 2 스위치로 분기하도록 형성된 충방전 노드 및 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 개폐 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하고, 제어부에서는 그라운드에 접속된 제 1 스위치를 연결(ON)시키고, 부하와 접속된 제 2 스위치를 개방(OFF)시킴으로써 복수개의 콘덴서들이 충전되고, 복수개의 콘덴서들이 충전된 상태에서 제 1 스위치를 개방시키고 제 2 스위치를 연결시킴으로써 복수개의 콘덴서들이 방전될 수 있다.
일 개시에 따른 직류 전원은 도 2에 도시된 바와 같이 교류전원을 공급하는 전원부(110)와 상기 교류전원을 직류로 정류하는 정류부(150)를 포함할 수 있다.
일 개시에 따른 입력 노드에는 직류로 변환된 전원 전류가 입력되는데 입력된 전원 전류는 입력 노드를 기준으로 분기된 복수개의 콘덴서들로 분류(分流)될 수 있다.
일 개시에 따르면, 본 발의 디지털 콘덴서 회로에 콘덴서의 개수에는 제한이 없으며, 부하의 종류, 부하의 출력, 스위치(제 1 스위치 및 제 2 스위치)의 동작 방식 등 다양한 요소들을 고려하여 미리 결정될 수 있다.
일 개시에 따르면, 충방전 노드와 접속되는 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 개폐 동작에 따라 콘덴서가 충전되거나 방전될 수 있다.
일 개시에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 콘덴서마다 제 1 스위치 및 제 2 스위치가 충방전 노드를 기준으로 연결되는 구조로 접속되어 디지털 콘덴서 회로가 형성될 수 있다.
일 개시에 따른 제 1 스위치 및 제 2 스위치는 트랜지스터일 수 있고, 트랜지스터의 종류에는 제한이 없으며, 콘덴서의 정전용량(C) 및 부하의 출력에 따라 트랜지스터의 허용전류가 미리 결정될 수 있다.
이하에서는, 도 2에 개시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 디지털 콘덴서 회로를 이용하여 콘덴서가 충방전 되는 과정을 설명한다. 즉, 도 2에는 4개의 콘덴서 및 상기 4개의 콘덴서에 연결된 제 1 스위치 및 제 2 스위치가 각각 4개로 연결된 디지털 콘덴서 회로에 기초하여 설명한다. 다만, 상기 콘덴서 및 콘덴서와 연결된 제 1, 2 스위치의 개수에는 제한이 없다.
일 개시에 따르면, 전원 전류가 공급되는 상태에서 복수개의 콘덴서들과 접속되는 모든 제 1 스위치(511, 521, 531, 541)가 연결(ON)되고, 제 2 스위치(512, 522, 532, 542)가 개방(OFF)되면 콘덴서들이 충전될 수 있다.
즉, 제 1 스위치(511, 521, 531, 541)는 그라운드(30)와 연결되어 있으므로, 제 1 스위치(511, 521, 531, 541)가 연결되고 제 2 스위치(512, 522, 532, 542)가 개방되면, 전원단과 콘덴서가 병렬로 연결된 등가회로가 형성되므로 콘덴서가 충전될 수 있다.
일 개시에 따르면, 본 발명의 디지털 콘덴서 회로를 이용하면 충전된 복수개의 콘덴서들로부터 순차적으로 방전 과정이 수행될 수 있다. 방전 과정은 전술한 충전과 마찬가지로 복수개의 콘덴서들이 동시에 충전될 수도 있으나, 본 발명의 콘덴서 및 제 1,2 스위치가 연결된 구조를 활용하면 복수개의 콘덴서들이 순차 방전됨에 따라 방전 시간의 조절이 가능하여 부하의 출력을 조절할 수 있다. 즉, 부하에 인가되는 부하전류가 흐르는 시간을 조절할 수 있다.
일 개시에 따르면, 복수개의 콘덴서들이 충전된 상태에서 제 1 스위치(511, 521, 531, 541)는 모두 개방되고 방전 순서에 따라 콘덴서와 연결된 제 2 스위치가 연결됨으로써 순차적으로 방전될 수 있다. 즉, 방전은 제 1 스위치가 모두 개방된 상태에서 제 2 스위치의 순차 개폐에 따라 수행될 수 있다.
예를 들면, 도 2의 복수개의 콘덴서들이 모두 충전된 상태에서 제 1 콘덴서(201) -> 제 2 콘덴서(202) -> 제 3 콘덴서(203) -> 제 4 콘덴서(204) 순서로 방전되는 과정을 살펴보면, 제 1 스위치가 모두 개방되고, 제 2 - 4 콘덴서와 연결된 제 2 스위치(522, 532, 542)가 개방 상태에서 제 1 콘덴서(201)와 연결된 제 2 스위치(512)가 연결됨으로써 충전된 제 1 콘덴서로부터 부하 측으로 방전될 수 있다. 다음으로, 제 1 콘덴서와 연결된 제 2 스위치(512)가 개방되고, 제 3 콘덴서 및 제 4 콘덴서와 연결된 제 2 스위치(532, 542)가 개방된 상태에서 제 2 콘덴서와 연결된 제 2 스위치(522)가 연결됨으로써 충전된 제 2 콘덴서로부터 부하 측으로 방전될 수 있다. 제 3,4 콘덴서의 방전도 전술한 과정과 마찬가지로 순차적으로 방전될 수 있다.
즉, 충전된 복수개의 콘덴서들 중 미리 정해진 방전 순서에 따라 순차적으로 방전됨으로써 방전 시간을 조절함으로써 부하의 출력을 조절할 수 있다.
보다 상세하게는, 방전 시간(tdc)은 하기 수학식 1에 따라 미리 결정될 수 있다.
[수학식 1]
삭제
일 개시에 따르면, 제어부는 복수개의 콘덴서들에 대하여 이하의 불량 검출 과정을 진행한 이후에 전술한 충방전 과정을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명의 콘덴서 회로는 복수개의 콘덴서들이 포함되는데 충방전 과정을 수행하기 이전에 콘덴서가 제대로 동작 가능한지 여부에 대하여 불량 검출 과정이 선행될 수 있다. 특히, 본 발명의 콘덴서 회로에는 상당한 개수의 콘덴서들이 포함될 수 있고, 콘덴서의 개수가 증가할수록 콘덴서의 불량 검출 과정이 복잡해질 수밖에 없다. 이에 따라, 복수개의 콘덴서들에 대하여 영역들을 설정하고, 설정된 영역들로부터 재차 소영역들을 설정함으로써 단계적으로 콘덴서의 불량 여부를 검출할 수 있다. 이하에서는, 10개의 콘덴서가 마련된 디지털 콘덴서 회로에 기초하여 수행되는 불량 검출 과정을 설명한다.
먼저, 복수개의 콘덴서들에 대하여 최초로 두 영역들이 소정의 중첩영역을 공유하도록 설정될 수 있다.
(1) 영역 설정
(2) 부하전류 측정
(3) 영역 재설정
일 개시에 따른 제어부는, 예를 들면, 소프트웨어 혹은 프로그램을 구동하여 제어부에 연결된 본 발명의 적어도 하나의 다른 구성요소(Ex. 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소 )를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 및 연산을 수행할 수 있다. 제어부는 다른 구성요소( Ex. 통신부 )로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리에 로드하여 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리에 저장할 수 있다. 제어부는 메인 제어부(Ex. 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 제어부), 및 이와는 독립적으로 운영되고, 추가적으로 또는 대체적으로, 메인 제어부보다 저전력을 사용하거나, 또는 지정된 기능에 특화된 보조 제어부(Ex. 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 제어부, 센서 허브 제어부, 또는 커뮤니케이션 제어부)를 포함할 수 있다. 여기서, 보조 제어부는 메인 제어부와 별개로 또는 임베디드(Embedded)되어 운영될 수 있다.
도 3은 일 개시에 의한 3개층의 강유전체 필름을 포함하는 콘덴서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
강유전체 필름(30)은 서로 다른 조성비율로 제조된 3개층의 강유전체 필름으로 이루어질 수 있다.
일 개시에 의한 강유전체 필름(30)은 제 1 강유전체 층(31) 및 제 2 강유전체 층(32)과 상이한 조성을 갖는 제 3 강유전체 층(33)을 포함할 수 있다.
일 개시에 의하여 강유전체 필름(30)은, BTO막(BaTiO3), PZT(PbZrxTi1-xO3)막, PMN-PT막(Pb(Mg1/3Nb2/3)03-PbTi03), PLZT (Pb1-zLazZrxTi1-xO3)막 및 BSO-PZT(Bi2SiO5additive PZT)막 중에서 선택된 막이 제 1 강유전체 층(31), 제 2 강유전체 층(32) 및 제 3 강유전체 층(33)을 이루는 것을 특징으로 한다.
일 개시에 의하여 제 1 강유전체 층(31)은 15nm∼40nm의 두께로 형성될 수 있으며 바람직하게는 25nm의 두께로 제조될 수 있다.
또한, 제 2 강유전체 층(32)은 35nm∼140nm의 두께로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 75nm의 두께로 제조될 수 있다.
일 개시에 의하여 제 3 강유전체 층(33)은 PbZr0.5Ti0.5 O3로 구성되며, 제 3 강유전체 층(33)은 제 1 강유전체 층(31)과 제 2 강유전체(32) 사이에 35nm∼50nm의 두께로 제조될 수 있다. 바람직하게는 제 3 강유전체 층(33)은 45nm의 두께로 제조될 수 있다.
일 개시에 의한 강유전체 필름(30)은 300~3604g의 2-n-뷰톡시에탄올(CH3(CH2)3OCH2CH2OH)에 37~39g(0.135mol)의 타이타늄 테트라아이소프로폭사이드(Ti((CH3)2CHO)4)를 가하여 실온에서 교반하고, 65~70g의 다이에탄올아민(HN(CH2CH2OH)2)을 혼합하고, 130~141의 아세트산 납 3수화물(Pb(CH3COO)2·3H2O)을 가한 후, 80~85g의 지르코늄 아세틸 아세토네이트(Zr(CH3COCHCOCH3)4)를 가하고, 65~75℃에서 45분간 교반한 후, 실온이 될 때까지 자연 냉각하고, 32~35g의 평균 분자량이 400인 폴리에틸렌 글라이콜((-CH2CH2O-)n)을 가하고, 실온에서 교반 한 후, 35~37g의 물을 가하고 실온에서 교반하여 형성된 Pbz(ZrxTi1-x)O3 (0<z<1.2)로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
도 4는 일 개시에 의한 절연 코팅층을 포함하는 디지털 콘덴서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
일 개시에 의하여, 디지털 콘덴서는 기판(10)과 제 1 전극(20) 사이에 누설 전류를 방지하기 위하여, 절연체로 이루어진 코팅층(50)을 포함할 수 있다.
일 개시에 의한 코팅층(50)은 절연 코팅 조성물을 이용하여 형성되는 것으로, 제조된 절연 코팅 조성물을 1500~1800rpm으로 스핀코팅한 후, 120~130
에서 열처리하여 생성될 수 있다.
일 개시에 의한 코팅층(50)은 두께 2nm~3.5nm로 제조될 수 있다. 바람직하게 코팅층(50)은 두께 2.8nm이하로 형성될 수 있다.
일 개시에 의한 코팅층(50)은 제1 전극(20)으로부터 기판(10)을 절연시킬 수 있는 절연 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 코팅층(50)을 이루는 절연 코팅 조성물로는 에폭시 아크릴레이트 수지 및 절연체를 포함하며, 상기 절연체는 구체적으로 실리콘 2산화물(dioxide), Al2O3, Ta2O5, TiO2, CrO2, HfO2, Y2O3, PMMA 및 TEOS와 같은 산화물, 실리콘 질화물(nitride), 탄탈 질화물, 티타늄 질화물과 같은 질화물, SiOxNy와 같은 옥시나이트라이드(oxynitride), BaSiTiO3, BaTiO3, 및 SrTiO3와 같은 고유전율(ε≥30) 금속 산화물, 크세로겔(xerogel) 및 이들의 조합물(combination), 다층물(multilayer), 또는 혼합물(mixutre)로 이루어질 수 있다.
상기 에폭시 아크릴레이트 수지는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다:
[화학식 1]
상기 코팅층(50)은 절연 코팅 조성물로 코팅되는 것으로, 상기 화학식 1로 표시되는 에폭시 아크릴레이트 수지 100 중량부에 대해, 절연체 30 내지 40 중량부를 포함할 수 있다. 상기 범위 내에서 혼합하여 사용 시, 기판의 균일한 코팅층을 형성하며, 사용 상태에 관계없이 기판과 우수한 접착성을 나타내며, 절연 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 코팅층(50)은 증착(deposition) 기술을 사용하여 기판(10)상에 형성될 수 있다. 예를 들면, 화학 기상 증착(chemical vapor deposition), 물리 기상 증착(physical vapor deposition), 스퍼터링(sputtering), 진공 증착(evaporation), 스핀온 코팅(spin-on coating), 딥 코팅(dip coating), 및 기타 유사한 증착 기술이 코팅층(50)을 형성하는데 사용될 수 있다.
일 개시에 의하여, 본원발명은 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서를 제조하는 공정을 제공할 수 있다.
디지털 콘덴서를 제조하는 공정은 기판 위에 제 1 전극을 형성하는 공정, 제 1 전극 위에 형성되는 강유전체 필름을 900~1000℃이하의 온도에서 30분~60분 동안 열처리하여 강유전체 필름을 형성하는 공정 및 강유전체 필름 위에 제 2 전극을 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
여기서, 강유전체 필름은 서로 다른 조성물로 이루어진 적어도 하나의 강유전체 필름이 적층된 것을 특징으로 한다.
전술한 본 발명의 스위치 제어 방법에 관한 내용은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터 판독 가능 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터 판독 가능 매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 본 발명의 다양한 방법들을 수행하기 위한 실행 가능한 컴퓨터 프로그램이나 코드를 기록하는 기록 매체는, 반송파(carrier waves)나 신호들과 같이 일시적인 대상들은 포함하는 것으로 이해되지는 않아야 한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, DVD 등)와 같은 저장 매체를 포함할 수 있다.
제조예
상기 화학식 1로 표시되는 에폭시 아크릴레이트 수지 100 중량부에 대해, 절연체 35 중량부, 경화제인 모노아민 5 중량부, 용매 에틸아세테이트(Ethyl Acetate) 100 중량부를 혼합하여 절연 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 절연체는 Ta2O5, TiO2, CrO2, 및 Y2O3를 동일한 비율로 혼합하여 사용하였다.
상기 절연 코팅 조성물을 기판의 일면에 2nm의 두께로 코팅하여 코팅층을 형성하였다.
비교예 1
상기 절연 코팅 조성물에서 에폭시 아크릴레이트 수지를 제외한 것을 제외하고 제조예와 동일하게 제조하였다.
비교예 2
상기 절연 코팅 조성물에서 절연체를 제외한 것을 제외하고 제조예와 동일하게 제조하였다.
실험예 1
절연 특성 평가
일본 미쓰비시사(Mitsubishi, JPN)의 하이 레지스턴스 테스터(High resistance tester)를 이용하여 기판에 대한 표면저항을 측정하였다.
| 제조예 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 표면 저항 | О | x |
(O：표면 저항 값 3xl010 초과, ㅿ： 표면 저항 값 lxlO9 내지 3xl010, x：표면 저항 값 1xlO9 미만)
상기 실험 결과에 따르면, 본 발명의 절연 코팅층을 형성하는 경우 절연 효과가 우수한 것을 확인할 수 있다.
실험예 2
절연막 신뢰성 평가
필-오프(Peel off) 특성을 평가하기 위 해 일본 히라야마사의 PCT 챔버를 이용해서 PCT 평가를 진행하였다.
전술된 PCT 평가는 온도는 121℃, 압력은 2atm, 및 상대 습도(Relative Humidity, RH) 100% 조건 하에서 진행하였다.
또한, 필-오프 특성을 평가하기 위해 일본 히타치사의 코스모피아(COSMOPIA)를 이용해서 항온 항습 평가를 진행하였다. 전술된 항온 항습 평가는 85℃ 온도 및 상대습도 85% 조건 하에서 진행하였다.
| 제조예 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 필-오프 여부(PCT Test) | X | X | О |
| 필-오프 여부(항온, 항습 Test) | X | О | О |
(О: 코팅층이 기판에서 탈리됨. X: 코팅층이 기판에서 탈리되지 않음)
기판의 사용 조건 하에서의 코팅층의 탈리 여부를 확인하기 위해, 필-오프 테스트를 진행하였다.
필-오프 여부에 대해 본 발명의 제조예에 의한 코팅층은 탈리되지 않은 것을 확인할 수 있으며, 비교예의 경우에도 PCT 테스트 상에서는 비교예 1이 탈리되지 않았으나 항온 항습 실험에서는 탈리되는 것을 확인할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. 즉, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (6)
- 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조에 있어서,
기판;
상기 기판 위에 형성되는 제 1 전극;
상기 제 1 전극 위에 형성되는 강유전체 필름; 및
상기 강유전체 필름 위에 형성되는 제 2 전극을 포함하며,
상기 강유전체 필름은 적어도 하나의 강유전체 층을 포함하고,
상기 콘덴서는 복수개로 구비되며,
직류 전원이 입력되는 전원단과 연결되어 전원단으로부터 발생된 전원 전류가 입력되는 입력 노드; 상기 복수개의 콘덴서들의 타 단에 접속되어 상기 복수개의 콘덴서들 마다 각각 마련된 제 1 스위치 및 제 2 스위치로 분기하도록 형성된 충방전 노드; 및 상기 제 1 스위치 및 제 2 스위치의 개폐 동작을 제어하기 위한 제어부를 더 포함하고,
상기 제어부에서는 그라운드에 접속된 상기 제 1 스위치를 연결(ON)시키고, 부하와 접속된 상기 제 2 스위치를 개방(OFF)시킴으로써 상기 복수개의 콘덴서들이 충전되고, 상기 복수개의 콘덴서들이 충전된 상태에서 상기 제 1 스위치를 개방시키고 상기 제 2 스위치를 연결시킴으로써 상기 복수개의 콘덴서들이 부하로 방전되되,
상기 제어부는,
하기 [수학식 1]에 따른 방전 시간에 기초하여 상기 제2 스위치의 개폐 동작을 제어하는 것인, 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조.
[수학식 1]
단, vL은 부하의 출력전압,
Ceq는 등가 커패시터 값,
tc는 충전시간,
ic는 제 2 스위치의 허용전류,
n은 콘덴서의 개수임. - 제 1 항에 있어서,
상기 강유전체 필름은 서로 다른 조성물로 이루어진 BTO막(BaTiO3), PZT(PbZrxTi1-xO3)막, PMN-PT막(Pb(Mg1/3Nb2/3)03-PbTi03), PLZT (Pb1-zLazZrxTi1-xO3)막 및 BSO-PZT(Bi2SiO5additive PZT)막 중에서 선택된 두개의 필름이 제 1 강유전체 층과 제 2 강유전체 층을 이루는 것을 특징으로 하며,
상기 제 1 강유전체 층은 15nm∼40nm의 두께로 형성되며, 상기 제 2 강유전체 층은 35nm∼140nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는, 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조. - 제 2 항에 있어서,
상기 강유전체 필름은,
상기 제 1 강유전체 층 및 상기 제 2 강유전체 층과 상이한 조성을 갖는 제 3 강유전체 층을 포함하며,
상기 제 3 강유전체 층은 PbZr0.5Ti0.5 O3로 구성되며,
상기 제 3 강유전체 층은 상기 제 1 강유전체 층과 제 2 강유전체 사이에 35nm∼50nm의 두께로 적층되는 것을 특징으로 하는, 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 강유전체 필름은,
300~3604g의 2-n-뷰톡시에탄올(CH3(CH2)3OCH2CH2OH)에 37~39g(0.135mol)의 타이타늄 테트라아이소프로폭사이드(Ti((CH3)2CHO)4)를 가하여 실온에서 교반하고, 65~70g의 다이에탄올아민(HN(CH2CH2OH)2)을 혼합하고, 130~141g의 아세트산 납 3수화물(Pb(CH3COO)2·3H2O)을 가한 후, 80~85g의 지르코늄 아세틸 아세토네이트(Zr(CH3COCHCOCH3)4)를 가하고, 65~75℃에서 45분간 교반한 후, 실온이 될 때까지 자연 냉각하고, 32~35g의 평균 분자량이 400인 폴리에틸렌 글라이콜((-CH2CH2O-)n)을 가하고, 실온에서 교반 한 후, 35~37g의 물을 가하고 실온에서 교반하여 형성된 Pbz(ZrxTi1-x)O3 (0<z<1.2)로 이루어진 것을 특징으로 하는, 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조.
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200066064A KR102346432B1 (ko) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조 및 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200066064A KR102346432B1 (ko) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조 및 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210148754A KR20210148754A (ko) | 2021-12-08 |
| KR102346432B1 true KR102346432B1 (ko) | 2021-12-31 |
Family
ID=78867700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200066064A KR102346432B1 (ko) | 2020-06-01 | 2020-06-01 | 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조 및 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102346432B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005192299A (ja) * | 2003-12-25 | 2005-07-14 | Japan Radio Co Ltd | 大容量コンデンサの充電制御装置、大容量コンデンサの放電制御装置、大容量コンデンサの充電制御方法、及び大容量コンデンサの放電制御方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100570576B1 (ko) * | 2000-10-17 | 2006-04-13 | 샤프 가부시키가이샤 | 산화물 재료, 산화물 박막의 제조 방법 및 상기 재료를사용한 소자 |
| KR20040070564A (ko) * | 2003-02-04 | 2004-08-11 | 삼성전자주식회사 | 강유전체 커패시터 및 그 제조방법 |
| KR102142661B1 (ko) | 2014-10-07 | 2020-09-14 | 현대자동차주식회사 | 배터리셀 모듈 |
| US11081337B2 (en) * | 2017-03-15 | 2021-08-03 | Versum Materials U.S., LLC | Formulation for deposition of silicon doped hafnium oxide as ferroelectric materials |
-
2020
- 2020-06-01 KR KR1020200066064A patent/KR102346432B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005192299A (ja) * | 2003-12-25 | 2005-07-14 | Japan Radio Co Ltd | 大容量コンデンサの充電制御装置、大容量コンデンサの放電制御装置、大容量コンデンサの充電制御方法、及び大容量コンデンサの放電制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20210148754A (ko) | 2021-12-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6777248B1 (en) | Dielectric element and manufacturing method therefor | |
| US7349195B2 (en) | Thin film capacitor and method for manufacturing the same | |
| JP2819067B2 (ja) | シリコン上にエピタキシャル的に成長する立方金属酸化薄膜 | |
| US6623865B1 (en) | Lead zirconate titanate dielectric thin film composites on metallic foils | |
| US9543501B2 (en) | Metal oxide | |
| US20100255344A1 (en) | Method of manufacturing thin film device and thin film device manufactured using the same | |
| TW200423166A (en) | Composition for thin-film capacitor device, high dielectric constant insulator film, thin-film capacitor device, thin-film multilayer capacitor, electronic circuit and electronic device | |
| US20060214213A1 (en) | Thin-film capacitor element and semiconductor device | |
| KR102346432B1 (ko) | 강유전체를 이용하여 충전 효율을 개선한 디지털 콘덴서의 구조 및 제조방법 | |
| US5457598A (en) | High capacitance thin film capacitor | |
| US6480366B1 (en) | Electric power system with painted-capacitor energy storage, and its fabrication | |
| Gaskey et al. | “Square” hysteresis loops in phase-switching Nb-doped lead zirconate stannate titanate thin films | |
| KR20070089638A (ko) | 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 | |
| KR102417291B1 (ko) | 충전 효율이 개선된 디지털 콘덴서를 이용한 충전 시스템 | |
| KR102417288B1 (ko) | 충전 효율이 개선된 디지털 콘덴서를 이용한 충전 및 방전 방법 | |
| JP2001122698A (ja) | 酸化物電極薄膜 | |
| JPH08335672A (ja) | 強誘電体不揮発性メモリ | |
| KR102387562B1 (ko) | 디지털 콘덴서가 장착된 다중 웨이퍼의 결합구조 및 제조방법 | |
| JPH1056140A (ja) | 強誘電体メモリ素子及びその製造方法 | |
| JPH104181A (ja) | 強誘電体素子及び半導体装置 | |
| KR102417299B1 (ko) | 배터리의 충전을 보조하는 장치 및 충전 방법 | |
| JP2001189422A (ja) | 薄膜キャパシタの製造方法 | |
| JP4088477B2 (ja) | 薄膜容量素子および薄膜積層コンデンサ | |
| JPH07176803A (ja) | 誘電体薄膜構造物 | |
| JP4315676B2 (ja) | 半導体記憶装置およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |