KR20180113571A - 미세전자 전극 조립체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판(2) 상에 배치된 제 1 전극(3)을 갖는 미세전자 전극 조립체(1)에 관한 것으로, 상기 제 1 전극(3)은 제 1 전극 재료로 구성된 전극 박층(thin layer)을 포함하고, 상기 제 1 전극 재료는 산소-함유 화합물들과의 접촉시 산화가능하고 페로브스카이트(perovskite) 또는 페로브스카이트로-유도된(perovskite-derived) 결정 구조를 포함하며, 상기 제 1 전극(3)은 상기 기판(2)의 반대편에 기능성 표면(functional surface)(4)을 포함하며, 상기 기능성 표면 상에 추가 층이 배치될 수 있으며, 기 조립체(1)는 상기 제 1 전극(3)의 기능성 표면(4)을 덮는 분리-층 재료로 구성된 분리 층(5)을 포함하며, 상기 분리 층(5)은 상기 기능성 표면(4)의 영역에서, 상기 제 1 전극(3)의 특성이 변화시킬 수 있는 상기 전극 재료의 산화를 방지한다. 본 발명에 따르면, 유리하게는, 상기 제 1 전극 물질은 화합물들 SrMoO3, SrMoO3-aNa, BaMoO3, SrVO3, SrNbO3 또는 Sr2MoO4 중 하나의 화합물을 가지고, 상기 분리 층(5)은 화합물들 SrTiO3, SrZrO3, DyScO3, GdScO3 또는 SrHfO3 중 하나의 화합물을 가진다. 상기 기능성 층(6)은 실험 식 
, 바람직하게는 Ba0.5Sr0.5TiO3을 갖는 화합물이다. 상기 전극 조립체(1)는 버랙터(varactor)를 형성한다.
Description
본 발명은 기판 상에 배치된 전극을 갖는 미세전자 전극 조립체에 관한 것으로, 상기 전극은 제 1 전극 물질로 구성된 전극 박층을 포함한다.
이러한 유형의 전극 조립체들은 다양한 구성들의 실시로부터 공지되어 있다. 원하는 기능들이나 사용법에 따라, 상이한 특성들을 갖는 다수의 반도체 부품들이 개발되었는데, 이는 다양한 재료들로 이루어거나 구성될 수 있다. 일반적으로, 여기서 전극은 가능한 한 가장 높은 전기 전도도를 가져야 하고, 작은 공간을 차지하며, 추가 층들 또는 미세전자 부품들에 저렴하고 신뢰성있게 결합될 수 있어야 한다.
이러한 유형의 전극 조립체를 사용하여 커패시터(capacitor) 또는 버랙터(varactor)를 제조하기 위해서는, 전극 층은 예를 들어 적절한 유전체 재료로 구성된 기능성 층이 그 위에 적층되는 백금 층으로 이루어질 수 있으며, 그 유전 특성들은 작동 중에 영향을 받고 변형될 수 있다. 또한, 이러한 기능성 층 상에는 마찬가지로 백금으로 이루어질 수 있는 제 2 전극이 차례로 배치되어 있다. 이러한 유형의 커패시터는 종래의 제조 방법들을 사용하여 저렴하게 제조될 수 있다. 기능성 층의 다결정 구조의 결과로서, 기능성 층의 기능들에 부정적인 영향을 미치는 결함들 및 결정 입계들(grain boundaries)이 불가피하게 기능성 층의 계면들 및 내부에 형성된다. 기능성 층은 일반적으로 커패시터 또는 버랙터의 신뢰성있는 기능 및 신뢰성있는 작동을 가능하게 하기에 충분히 두꺼워야 한다. 기능성 층의 층 두께들을 증가시키는 것은 증가하는 생산 비용들, 및 예를 들어 스위칭 시간들 및 에너지 효율과 같은 불리한 기능적 특성들과 종종 관련된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 전극 재료로 구성된 전극 층 상에 유리한 특성들을 갖는 기능성 층이 배치될 수 있고 상기 전극 재료로 구성된 전극 층에 신뢰성있게 접합될 수 있는 상기 유형의 전극 조립체를 제공하는 것으로 간주된다.
이러한 목적은 본 발명에 따라 제 1 전극 재료로 구성된 전극 층을 갖는 전극 조립체에 의해 달성되며, 상기 제 1 전극 재료는 산소-함유 화합물들과 접촉시 산화되고, 페로브스카이트 또는 페로브스카이트로-유도된 결정 구조를 갖는 고체-상태 격자를 포함하며, 상기 제 1 전극은 상기 기판으로부터 떨어져 마주하는 기능성 표면을 포함하고, 기능성 표면 상에 추가 층이 배치될 수 있고, 상기 제 1 전극의 기능성 표면을 피복하는 분리-층 재료로 구성된 분리 층을 가지며, 상기 분리 층은 기능성 표면의 영역에서 상기 제 1 전극 재료의 산화를 방지하는데, 만일에 상기 산화가 발생 시에는 상기 제 1 전극의 특성들을 변경시킬 수 있다. 조사에 따르면, 이러한 종류의 전극 재료는 전극 조립체에 특히 유리한 특성들을 갖는 것으로 나타났다. 전극 재료는 매우 높은 도전성과 매우 낮은 표면 거칠기를 나타낸다. 페로브스카이트 또는 페로브스카이트로-유도된 결정 격자 구조의 결과로서, 유사한 결정 격자 구조의 형성이 그 위에 배치된 기능성 층에서 촉진된다. 종래의 에피택셜 방법들을 사용하여 그 위에 배치된 기능성 층뿐만 아니라 제 1 전극 재료 및 분리 층으로 구성된 층 모두를 제조하는 것이 가능하다. 이러한 경우, 바람직하게는 전극 재료 및 분리-층 재료 및 각각의 층 두께들은 분리 층이 격자-정합 방식(lattice-matched manner)으로 전극 층 상에 배치 또는 증착될 수 있도록 미리결정되어, 분리 층의 공간 격자 구조는 전극 층의 공간 격자 구조에 의해 미리 결정된다.
현재 특히 적절한 것으로 확인된 전극 물질들은 산소-함유 화합물들과의 접촉시 매우 신속하게 산화하고, 전극 층의 조성 및 특성들이 따라서 외부 층으로부터 시작하여 변화되기 때문에, 전극의 유리한 특성들은 부정적으로 영향을 받고 그의 적절한 기능이 위험에 처해지며, 분리 층이 제공되어 전극의 기능성 표면을 덮고 기능성 표면의 영역에서 전극 재료의 산화를 방지함으로써 전극의 특성들의 변화를 방지한다. 분리 층은 단지 수 나노미터의 두께로 매우 얇을 수 있다. 또한, 분리 층은 적당한 결정 격자 구조를 포함할 수 있어 마찬가지로 적절한 결정 격자 구조를 가지며 에피택셜 방법에 의해 생성될 수 있는, 그 위에 배치된 기능성 층의 형성을 가능하게 한다. 적합한 전극 재료들은 일반적으로 산소-함유 화합물들을 포함하는 다른 재료들 또는 코팅들과의 접촉시뿐만 아니라 공기와 접촉시 즉시 산화되며, 전극의 기능성 표면이 분리 층으로 피복된 후에, 미완성된 전극 조립체는 예를 들어 진공과 같은 특별한 수단없이 저장 및 프로세싱될 수 있다. 이는 본 발명에 따른 전극 조립체를 제조하는 것을 상당히 단순하게 하여, 현저한 비용 절감을 달성할 수 있게 한다.
전기 절연 기능성 층이 분리 층 상에 배치되고, 제 2 전극이 전기 절연 기능성 층 상에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 예를 들어 커패시터들 또는 버랙터들은 각각의 층 구성의 매우 낮은 두께와 함께 그들의 동작에 대해 매우 유리한 특성들로 제조될 수 있다. 기능성 층은 전극 조립체의 요건들 및 용도에 따라 상이한 특성들 및 기능들을 획득할 수 있도록 하기 위해 사실상 모든 전기 또는 자기 특성들을 가질 수 있다. 또한, 개별 층들을 매우 얇게 할 수 있기 때문에, 각 재료의 소량만이 개별 층들에 필요하고, 따라서 개별 재료 층들 및 전체 미세전자 부품 또는 미세전자 전극 조립체의 신속하고 저렴한 제조가 촉진된다.
본 발명에 따르면, 전기 절연 기능성 층이 변경가능한 유전 특성들을 갖는 경우, 유리한 특성들을 갖는 버랙터가 제조될 수 있음이 밝혀졌다. 공지되고 통상적으로 제조된 버랙터들과는 달리, 특이 적합한 유전체 재료로 구성된 매우 전극 박층을 갖는 버랙터들이 본 발명에 따른 전극 조립체의 구성으로 가능하다.
기능성 층의 제조 및 유리한 구성은 특히 분리 층이 분리-층 고체-상태 격자를 갖고 기능성 층이 기능성-층 고체-상태 격자를 가지므로 촉진되며, 분리-층 고체-상태 격자의 격자 구조는 기능성-층 고체-상태 격자의 격자 구조와 정합되어, 기능성 층이 분리 층 상에 에피택셜 증착될 수 있다. 동일한 방식으로, 분리-층 고체-상태 격자는 전극 재료로 구성된 전극 층의 격자 구조에 정합될 수 있어 상기 분리 층은 상기 전극 층 상에 에피택셜 증착될 수 있고, 상기 분리 층의 결과적인 격자 구조는 상기 전극 층의 격자 구조와 정합되거나 상기 전극 층의 격자 구조에 의해 미리결정될 수 있다.
본 발명의 개념의 실시형태에 따르면, 제 1 전극 재료는 페로브스카이트(perovskite) 산화물, 페로브스카이트 산질화물 또는 페로브스카이트계 루들스덴-포퍼(Ruddlesden-Popper) 구조인 것이 제공된다. 이러한 유형의 제 1 전극 재료는 특히 유리한 특성들을 갖고, 특히 낮은 층 두께들에서도 특히 높은 전기 전도도를 갖는 것으로 나타났다. 페로브스카이트 산화물들 또는 페로브스카이트 산질화물들을 제외하고, 페로브스카이트계 루들스덴-포퍼(Ruddlesden-Popper) 구조를 갖는 다른 재료들도 사용될 수 있으며, 이에 따라 전극 재료에 대해 유사한 유리한 특성들이 미리결정된다. 본 발명에 따른 페로브스카이트계 루들스덴-포퍼 구조는 염화 나트륨 구조를 갖는 층들과 교번하는 페로브스카이트 구조를 갖는 다층 구조의 층들을 포함한다.
제 1 전극 재료는 실험 식 
또는 A1+nBn(O1-aNa)3n+1을 갖는 화합물인 것이 바람직하고, A는 원소들 Ca, Sr 또는 Ba 중 하나 또는 이러한 원소들의 혼합물이고, B는 원소들 V, Nb, Ta, Cr, Mo 또는 W 중 하나 또는 이러한 원소들의 혼합물이며, 여기서 숫자들 x, y, z 및 a는 각각 0내지 1의 값들을 취할 수 있고, 숫자 n은 1 내지 ∞의 값들을 취할 수 있다.
루들스덴-포퍼(Ruddlesden-Popper) 구조를 갖는 본 발명에 따른 전극 재료는 실험 식 An+1BO3n+1을 갖는 화합물을 포함할 수 있으며, 여기서 A는 상기에서 A로 언급된 원소들 중 하나일 수 있고, B는 상기에서 B로 언급된 원소들 중 하나일 수 있으며, 여기서 인덱스 n은 또한 루들스덴-포퍼 구조에서의 페로브스카이트 층들의 수를 지칭한다. 페로브스카이트 산화물 또는 페로브스카이트 질산화물이 아니지만 페로브스카이트계 루들스덴-포퍼 구조만을 갖는 이러한 유형의 전극 재료는 본 발명에 따른 전극 조립체를 제조하는 데 마찬가지로 사용될 수 있으며 적절한 재료 선택이 주어지면 유사한 유리한 특성들을 갖는다.
제 1 전극 재료가 화합물들 SrMoO3, SrMoO3-aNa BaMoO3, SrVO3, SrNbO3 또는 Sr2MoO4 중 하나를 포함하는 것이 특히 바람직하다. 상기 전극 재료들은 기판 상의 전극으로서 사용하기 위한 양호한 특성들을 가질뿐만 아니라 유리한 유전체 재료들로 구성되고 유리한 특성들을 갖는 기능성 층의 형성 및 접착을 또한 촉진한다.
본 발명의 개념의 유리한 실시형태에 따르면, 전극 재료는 100μΩm 미만, 바람직하게는 30μΩm 미만의 비저항(resistivity)을 갖는 것으로 나타났다. 전기 도전체 재료는 일반적으로 1000μΩm 미만의 비저항을 갖는 재료로 간주된다. 이와 비교하여, 본 발명에 따른 바람직한 전극 재료는 상당히 낮은 비저항을 갖는다. 이러한 낮은 비저항을 갖는 전극 재료는 전극 재료의 높은 전기 전도성 및 예를 들어 전극을 위한 전력 공급장치와 같은 추가 전기 부품들에 대한 전극 조립체의 유리한 전기적 접속을 가능하게 한다.
본 발명에 따르면, 분리 층은 페로브스카이트 산화물이고 실험 식 
를 갖는 화합물을 포함하며, A는 원소들 Ca, Sr 또는 Ba 중 하나 또는 이러한 원소들의 혼합물이고 B는 원소들 Ti, Zr 또는 Hf 중 하나 또는 이러한 원소들의 혼합물이거나, A는 원소들 La, Pr, Dy, Tb, Sm, Nd 또는 Gd 중 하나 또는 이러한 원소들의 혼합물이고 B는 원소들 Sc 또는 Y 중 하나 또는 이러한 원소들의 혼합물이며, 여기서 숫자들 x, y 및 z는 각각 0과 1 사이의 값들을 취할 수 있다.
본 발명의 개념의 특히 바람직한 실시형태에 따르면, 분리 층은 화합물들 SrTiO3, SrZrO3, DyScO3, GdScO3 또는 SrHfO3 중 하나의 화합물을 포함한다. 이러한 유형의 화합물들을 사용함으로써, 수 나노미터의 매우 낮은 층 두께를 갖는 분리 층은 제 1 전극 재료로 구성된 층과 환경으로부터 또는 그 위에 배치된 기능성 층으로부터의 산소 또는 산소 화합물들의 원하지 않는 반응을 방지하기에 충분할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 예를 들어, 오직 5개 또는 약 5개의 결정 격자 단위들 또는 수 나노미터의 두께를 갖는 SrTiO3로 구성된 분리 층은 제 1 전극 재료를 보호하기에 충분하다. 동시에, 분리 층은 제 1 전극 재료의 결정 격자 구조 및 적절한 기능성 층들의 결정 격자 구조들 모두에 정합되는 결정 격자 구조를 가지며, 제 1 전극 재료와 기능성 재료의 유리한 조합들을 촉진 또는 가능하게 한다.
기판 상에 제 1 전극을 제조하기 위해 금속 산화물들, 특히 몰리브덴을 갖는 금속 산화물들을 사용하면 특히 유리한 특성들이 야기된다. 따라서, 예를 들어, 기판 재료로서 산화 상태 6의 몰리브덴을 갖는 금속 산화물은 제 1 전극 물질로서 산화 상태 4의 몰리브덴을 갖는 금속 산화물과 결합될 수 있다. 제 1 전극 재료가 매우 높은 전기 도전성을 갖는 반면 기판 재료는 매우 높은 전기 절연 효과를 갖는다. 결정 격자 구조들은 서로 정합된다.
본 발명에 따른 전극 조립체를 커패시터 또는 버랙터로서 사용하기 위해, 기능성 층이 실험 식 
, 예를 들어 Ba0.5Sr0.5TiO3를 갖는 화합물인 것이 특히 바람직하며, 여기서 숫자들 x, y 및 z는 각각 0 내지 1의 값들을 취할 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체는, 전극 재료의 일 함수 및/또는 분리-층 재료의 전자 친화도가 기능성 층의 기능성 재료의 전자 친화도에 대해 가능한 한 큰 차, 특히 1eV 초과의 차를 나타내면, 추가 전기 부품들 및 기능성 전기 소자와 관련하여 특히 유리한 특성들을 가질 수 있다. 전극과 기능성 층 간의 본 발명에 따른 포텐셜 차이의 결과로서, 특히 작은 전압 강하들 또는 전기장들의 경우에, 전자 장벽이 생성될 수 있고, 이에 따라 상응하는 낮은 누설 전류들이 촉진될 수 있다. 전극으로부터 기능성 층으로의 전이 영역(transition region)에서의 가능한 한 큰 차, 예를 들어 0.5eV 또는 1eV의 차는 전기적으로 대전된 입자들에 대한 공픽 영역(depletion zone)의 생성을 야기하며, 이는 본 발명에 따른 전극 조립체가 전기 부품으로 사용될 때 원하지 않는 누설 전류들의 감소에 기여할 수 있다.
전극 재료의 일 함수가 이미 기능성 재료의 전자 친화도에 비해 충분히 큰 차를 나타내는 경우, 분리-층 재료로서 선택된 재료는 유효 전자 장벽을 지원하기 위해 기능성 재료의 전자 친화도에 적어도 대략 상응하는 전자 친화도를 갖는 재료일 수 있다. 그러나, 전극 재료의 일 함수가 기능성 재료의 전자 친화도에 대략 상응하고, 따라서 유효 전자 장벽이 초기에 획득되면, 전극 재료의 일 함수 및 기능성 재료의 전자 친화도와 현저히 상이한 전자 친화도를 갖는 적합한 분리-층 재료의 선택은 예를 들어 누설 전류들을 감소시키기 위해 전자 장벽의 생성을 초래할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전극 조립체가 버랙터를 형성하는 것이 제공된다. 상술된 재료들을 사용하여, 예를 들어 개별 층들 및 특히 기능성 층 뿐만 아니라 전체 전극 조립체의 낮은 두께와 같은 특히 유리한 특성들을 갖는 버랙터를 제조하는 것이 가능하다. 버랙터는 작동 중에 낮은 전기 손실들만으로 낮은 제어 전압을 사용하여 작동될 수 있으며 버랙터는 매우 효율적으로 작동될 수 있다.
강유전체(ferroelectric) 메모리 셀을 형성하기 위해 기능성 층으로서 얇은 강유전체 층을 사용하는 것도 가능하다. 또한, 전계-효과 트랜지스터(field-effect transistor)로서 본 발명에 따른 전극 조립체를 사용하는 것은 유리하다고 여겨지는 본 발명의 또 다른 가능한 활용을 나타낸다.
도면에 예로서 도시된 본 발명의 개념의 예시적인 실시예가 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.
단일 도면은 본 발명에 따른 전극 조립체(1)를 도시한다. GdScO3로 구성된 기판(2)의 표면 상에는 제 1 전극(3)이 배치되어 있다. 제 1 전극(3)은 페로브스카이트 결정 격자 구조(perovskite crystal lattice structure)를 갖는 제 1 전극 재료 SrMoO3의 층으로 이루어진다. 제 1 전극(3)은 기판(2)과 떨어져서 대면하는 매우 낮은 표면 거칠기를 갖는 기능성 표면(functional surface)(4)을 갖는다. 제 1 전극(3)의 기능성 표면(4) 상에는 SrTiO3로 이루어진 수 나노 미터 두께의 분리 층(separation layer)(5)만이 증착된다. 분리 층(5)은 기능성 표면(4)의 영역에서 제 1 전극(3)의 제 1 전극 재료의 산화를 방지한다.
분리 층(5)으로 덮인 제 1 전극(3)의 기능성 표면(4) 상에는 Ba0.5Sr0.5TiO3으로 구성된 기능성 층(6)이 배치된다. 따라서, 기능성 층(6)은 유전체 재료로 이루어지며, 그 유전 특성들은 적절한 제어 전압을 인가함으로써 목표된 방식으로 영향을 받고 변형될 수 있다. 기능성 층(6) 상에는, 예를 들면, 은, 금 또는 백금과 같은 적절한 금속으로 구성된 제 2 전극(7)이 배치된다.
예시적인 실시예에서 예시로서 도시된 전극 조립체(1)를 사용하여, 특히 바람직한 특성들을 갖는 버랙터(varactor)가 형성된다. 제 1 전극(3), 분리 층(5) 및 기능성 층(6)의 개별 층들은 적절한 에피택셜 방법들(epitaxial methods)을 이용하여 제조될 수 있어, 개별 층들은 각각 규칙적인 결정 격자 구조들을 갖는다.
상기-언급된 각 층들의 재료들은 화학적 포텐셜들(전기음성도) 측면에서 특성들을 갖는 요소들을 함유하여, 매우 낮은 층 두께들로도 열역학적 포텐셜들을 분리할 수 있다. 또한, 이러한 물질들은 구조적으로 매우 유사하거나 사실상 동일한 결정 구조를 가지므로, 개별 층들을 한 층을 또 다른 층 상에 에피택셜하고 고도로 텍스쳐링된 증착을 가능하게 한다. 그러므로, 기능성 유닛(제 1 전극(3), 분리 층(5) 및 기능성 층(6))은 에피택시 또는 텍스쳐링의 높은 정도 및 층들의 지배적으로 동일하게 배향된 결정 배열(grain arrangement)에 의한 분리 층의 충분히 낮은 두께들과 함께 그리고 재료들의 적절한 선택 및 조합, 적절한 합성 조건들과, 제 1 전극 층(3) 및 기능성 층(6)의 제한되지 않는 기능들과 함께 유리한 특성들을 제공한다.
전술된 예시적인 실시예에서 언급된 재료들은 적합한 전극 재료들 및 기능성 재료들의 예시적인 예들일 뿐이다. 제 1 전극(3)을 위한 제 1 전극 재료 SrMoO3, Ba0.5Sr0.5TiO3로 구성된 기능성 층(6) 및 결합(bonding)을 위한 임의의 금속 전극을 갖는 이러한 유형의 층 구성은 튜닝가능한(tunable) 플레이트 커패시터를 제공하며, 상기 커패시턴스는 정적 바이어스 전압 또는 제어 전압을 사용하여 미리 결정될 수 있다. 이러한 전극 재료를 사용하는 이점은 기능성 층(6)이 에피택셜하게 성장할 수 있도록 한다는 점이며, 이는 매우 얇은 기능성 층들을 달성할 수 있게 하고 따라서 유리하게는 낮은 제어 전압들, 구조의 배향(orientation), 따라서 제어의 유리한 촉진 및 기능성 층에서의 낮은 결함 밀도 및 그에 따른 낮은 누설 전류들을 야기한다. 이와 대조적으로, 종래 버랙터들은 기능성 층이 다결정(polycrystalline) 형태이기 때문에 불리한 특성들을 갖는다.
분리 층(5)은 본 명세서에서 매우 중요하다. 제 1 전극(3) 및 기능성 층(6)이 동일한 재료들을 사용하여 생성되지만 적절한 분리 층이 없는 버랙터는 임의의 중요한 버랙터 특성들을 갖지 않지만 열악한 도전성 또는 절연성 방식으로 작용한다. 예를 들어 SrTiO3로 구성된 분리 층(5)과 함께, 유리한 특성들을 갖는 본 발명에 따른 버랙터가 제조될 수 있다. 인접한 층들에 정합되는 분리 층(5)에 대한 증착 조건들은 전극 재료 및 기능성 재료가 공간적 및 기능적으로 분리될 수 있게 하여, 두 재료들이 각각 그들 각각의 특성들을 유지하게 한다.
버랙터(버랙터 1)로서 구성되고 동작될 수 있는 도면에 예로서 도시된 전극 조립체에 대해, Paratek Microwave, Inc.의 시판 중인 "Parascan™ STPTIC 버랙터에 대한 데이터 시트로부터의 데이터와 아래에서 비교되는 많은 관련된 특성들이 측정되었다:
| Parascan™ | 버랙터 1 | |
| 커패시턴스 | 1.20 pF | 5 pF |
| 20 V에서의 누설 전류 | 100 nA | < 100 nA |
| 100 kHz에서의 2 V 내지 20 V 튜닝 범위 | 3.5 / 1 | 5 / 1 |
| 900 MHz에서의 품질 계수 | 65 | 80 |
| 1800 MHz에서의 품질 계수 | 45 | 50 |
본 발명에 따라 구성된 버랙터(1)는 금속성 전극들이 다결정 유전체 재료와 결합된 종래의 구성을 갖는 유사한 버랙터보다 각 경우에 의도된 용도에 대해 보다 우수한 특성들을 갖는 것으로 나타났다. 본 발명에 따른 버랙터의 유리한 특성들은 기능성 층(6)의 에피택셜 성장된 유전체 재료를 갖는 산화물 하부 전극(3)에 의해 상당히 촉진된다. 이러한 방식으로, 종래의 버랙터들과 비교하여 실질적으로 더 얇은 기능성 층(6)이 획득될 수 있고, 그의 커패시턴스는 2개의 전극들(3 및 7)에 전압을 인가함으로써 제어될 수 있다.
또한, 제 2 실시예는 전술된 실시예에 실질적으로 대응한다. 전극 재료 SrMoO3의 일 함수와 기능성 재료 층(6)에 사용되는 기능성 재료 Ba0.5Sr0.5TiO3의 전자 친화도(electron affinity) 간에는 약 0.2eV 내지 0.6eV의 전자 장벽이 존재한다. 제 2 실시예에서, 분리-층 재료인 SrTiO3 대신에 화합물 SrZrO3이 분리 층(5)에 대해 사용된다. SrZrO3는 기능성 재료인 Ba0.5Sr0.5TiO3보다 전자 친화도가 현저히 높아, 전극(3)과 기능성 층(6)사이의 전자 장벽(electron barrier)은 분리-층 재료 SrZrO3의 유리한 선택에 의해 촉진되고 향상된다. 이러한 배경에 대해, 실험 식(empirical formula) SrXO3을 갖는 화합물의 사용이 유리한 것으로 나타났으며, 여기서 X는 원소들 Ti, Zr 또는 Hf로부터의 임의의 선택 또는 혼합물을 나타내는 데 사용된다.
제 3 실시예는, 분리-층 재료 SrTiO3로 구성된 분리 층(5)을 갖고, 기능성 재료 Ba0.5Sr0.5TiO3로 구성된 기능성 층(6)을 갖는 전극 재료 SrMoO3로 구성된 전극(3)을 갖는 버랙터(1)에 관한 것이다. 에피택셜 제조 방법을 사용함으로써, 전극(3)의 격자 구조들, 분리 층(5)과 기능성 층(6)은 서로 정합된다. 따라서 100nm보다 얇은 두께의, 따라서 매우 얇은 기능성 층(6)은 그러므로 분리 층(5) 상에 증착될 수 있으며, 그럼에도 불구하고 원하는 기능들을 달성할 수 있다. 최대 제어 전압들이 3.5V 미만인 제 3 실시예에 따라 실험적으로 제조된 버랙터(1)에서, 3/1보다 큰 튜닝성들(tunabilities)이 달성되어, 제 1 실시예에 대한 상기 표에 주어진 튜닝 범위는 3/1의 튜닝성 측면에서가 아니라, 특히 20V 대신 이러한 목적을 위해 필요한 3.5V 미만의 제어 전압에 대해 수정되며, 많은 응용분야들에서 향상되었다. 따라서, 전자 데이터 프로세싱 장비의 수많은 부품들에는 3.5V 내지 5V의 작동 전압이 공급될 수 있어, 제 3 실시예에 따른 버랙터(1)가 이동 전자 장치들에 사용되는 동작 전압에 고비용의 별도의 요구사항들을 부가하지 않으면서, 스마트폰들 또는 스마트워치들과 같은 이동 전자 장치들의 튜닝가능한 부분으로서 사용될 수 있다.
Claims (13)
- 기판(2) 상에 배치된 제 1 전극(3)을 갖는 미세전자 전극 조립체(1)로서,
상기 제 1 전극(3)은 제 1 전극 재료로 구성된 전극 박층(thin layer)을 포함하고,
상기 제 1 전극 재료는 산소-함유 화합물들과의 접촉시 산화가능하고 페로브스카이트(perovskite) 또는 페로브스카이트로-유도된(perovskite-derived) 결정 구조를 포함하며,
상기 제 1 전극(3)은 상기 기판(2)의 반대편에 기능성 표면(functional surface)(4)을 포함하며, 상기 기능성 표면 상에 추가 층이 배치될 수 있으며,
상기 조립체(1)는 상기 제 1 전극(3)의 기능성 표면(4)을 덮는 분리-층 재료로 구성된 분리 층(5)을 포함하며,
상기 분리 층(5)은 상기 기능성 표면(4)의 영역에서, 상기 제 1 전극(3)의 특성이 변화시킬 수 있는 상기 전극 재료의 산화를 방지하는, 전극 조립체(1). - 제 1 항에 있어서,
상기 분리 층(5) 상에는 전기 절연 기능성 층(6)이 배치되고,
상기 전기 절연 기능성 층(6) 상에는 제 2 전극(7)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체(1). - 제 2 항에 있어서,
상기 전기 절연 기능성 층(6)은 변화가능한 유전 특성들을 갖는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체(1). - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 분리 층(5)은 분리-층 고체-상태 격자를 포함하고, 상기 기능성 층(6)은 기능성-층 고체-상태 격자를 포함하며,
상기 분리-층 고체-상태 격자의 격자 구조는 상기 기능성-층 고체-상태 격자의 격자 구조와 정합되어, 상기 기능성 층(6)은 상기 분리 층(5) 상에 에피택셜(epitaxial)하게 증착될 수 있는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체(1). - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 전극 재료는 페로브스카이트 산화물, 페로브스카이트 산질화물 또는 페로브스카이트계 러스레스덴-포퍼(Ruddlesden-Popper) 구조인 것을 특징으로 하는, 전극 조립체(1). - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 재료는 100μΩm 미만, 바람직하게는 30μΩm 미만의 비저항을 갖는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체(1). - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 전극 재료는 실험 식또는 A1+nBn(O1-aNa)3n+1을 갖는 화합물이며,
여기서, A는 Ca, Sr 또는 Ba 중 적어도 하나의 원소 또는 이러한 원소들의 혼합물이고, B는 V, Nb, Ta, Cr, Mo 또는 W 중 적어도 하나의 원소 또는 이러한 원소들의 혼합물이며, 상기 숫자들 x, y, z 및 a는 각각 0 내지 1의 값들을 취할 수 있고, 상기 숫자 n은 1 내지 ∞의 값을 취할 수 있는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체(1). - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 전극 물질은 화합물들 SrMoO3, SrMoO3-aNa, BaMoO3, SrVO3, SrNbO3 또는 Sr2MoO4 중 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체(1). - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분리 층(5)은 페로브스카이트 산화물이고 상기 실험 식를 갖는 화합물을 포함하며,
여기서, A는 Ca, Sr 또는 Ba 중 하나의 원소 또는 이러한 원소들의 혼합물이고 B는 Ti, Zr 또는 Hf 중 하나의 원소 또는 이러한 원소들의 혼합물이거나,
A는 La, Pr, Dy, Tb, Sm, Nd 또는 Gd 중 적어도 하나의 원소 또는 이러한 원소들의 혼합물이고 B는 Sc 또는 Y 중 적어도 하나의 원소 또는 이러한 원소들의 혼합물이며,
상기 숫자들 x, y 및 z는 각각 0 내지 1의 값을 취할 수 있는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체(1). - 제 9 항에 있어서,
상기 분리 층(5)은 화합물들 SrTiO3, SrZrO3, DyScO3, GdScO3 또는 SrHfO3 중 하나의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체(1). - 제 2 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기능성 층(6)은 실험 식, 바람직하게는 Ba0.5Sr0.5TiO3을 갖는 화합물을 포함하며,
여기서, 상기 숫자들 x, y 및 z는 각각 0 내지 1의 값들을 취할 수 있는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체(1). - 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 재료의 일 함수 및/또는 상기 분리-층 재료의 전자 친화도는 상기 기능성 층의 기능성 재료의 전자 친화도에 대해서 가능한 한 큰 차, 특히 0.5 eV 초과 및 바람직하게는 1 eV 초과의 차를 나타내는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체(1). - 제 2 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 조립체(1)는 버랙터(varactor)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 전극 조립체(1).
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