Abstract

In this study, we have prepared PLT thin films having various La concentrations by using sol-gel method and studied on the effect of La concentration on the electrical properties of PLT thin films. As the La concentration increases from 5mol% to 28mol%, the dielectric constant at 10kHz increases from 428 to 761, while the loss tangent decreases from 0.063 to 0.024. Also, the leakage current density at 150kV/cm has a tendency to decrease from 6.96${\mu}A/cm^2$ to 0.79${\mu}A/cm^2$. In the result of hysteresis loops of PLT thin films, the remanent polariation and the coercive field decrease from 9.55${\mu}C/cm^2$ to 1.10${\mu}C/cm^2$ and from 46.4kV/cm to 13.7kV/cm, respectively. With the result of the fatigue test on the PLT thin films, we have found that the fatigue properties are improved remarkably as the La concentration increases from 5 mol% to 28mol%. In particular, the PLT28) has paraelectric phase and its charge storage clensity and leakage current density at 5V are 134fC/${\mu}cm^2$ and 1.01${\mu}A/cm^2$, respectively. The remanent polarization and coercive field of the PLT(10) film are 6.96${\mu}C/cm^2$ and 40.2kV/cm, respectively. After applying of $10^9$ square pulses with ${\pm}5V$, the remanent polarilzation of the PLT(10) film decreases about 20% from the initial state. In the results, we conclude that the 10mol% and the 28mol% La doped PLT thin films are very suitable for the capacitor dielectrics of new generation of DRAM and NVFRAM respecitively.

La 농도에 따른 PLT 박막을 sol-gel법으로 제작하여, La 농도가 PLT 박막의 전기적 특성에 미치는 영양을 조사하였다. La 농도가 5 mol%에서 28 mol%로 증가함에 따라 10KHz의 주파수에서 비유전률은 428에서 761로 증가하였고 유전손실은 0.063에서 0.024로 감소하였으며, 누설전류밀도는 150kV/cm의 전기장에서 6.96${\mu}A/cm^2$에서 0.79${\mu}A/cm^2$으로 감소하는 추세를 보였다. La 농도에 따른 PLT 박막의 이력곡선을 측정한 결과, La의 농도가 5mol%에서 28mol%로 증가함에 따라 잔류분극은 9.55${\mu}C/cm^2$ 에서 1.10${\mu}C/cm^2$ 으로 항전계는 46.4kV/cm에서 13.7kV/cm로 감소하였다. La 농도를 5 mol%에서 28 mol% 까지 변화시킨 PLT 박막에 대한 피로특성을 조사한 결과, La 농도가 증가할수록 피로특성이 현저히 개선됨을 알 수 있었다. 특히, La 농도가 28mol%인 PLT 박막의 경우, 상유전상을 가지며 5V에서 전하축적밀도와 누설전류밀도는 각각 134fC/${\mu}cm^2$과 1.01${\mu}A/cm^2$ 이었으며, La 농도가 10mol%인 PLT 박막은 6.96${\mu}C/cm^2$의 잔류분극과 40.2kV/cm의 항전계를 가졌다. 또한 ${\pm}5V$ 의 사각펄스를 $10^9$회 가한 후에도 잔류분극의 값이 약 20% 감소하는 비교적 우수한 특성을 나타내었다. 결론적으로, La이 10mol% 와 28mol% 첨가된 PLT 박막은 각각 NVFRAM과 차세대 DRAM 용 캐패시터 절연막으로 사용될 수 있는 매우 유망한 재료라 생각할 수 있다.

Keywords