가스상 반응 스퍼터링 방법을 이용하여 제조된 매우 얇은 $PbTiO_3$ 박막에서의 원자력 현미경을 이용한 도메인 거동 분석

Abstract

현재 강유전체 박막을 이용한 저장매체의 개발이 활발히 이루어진고 있다. 특히 강유전체 박막과 원자력현미경을 이용한 탐침 정보저장장치의 경우 자성물질을 이용한 저장장치에 비해서 훨씬 높은 정보저장밀도를 구현할수 있는 가능성이있다. 탐침 정보저장장치에서는 강유전체 박막의 두께가 얇을 수록 더욱 작은 도메인을 형성할 수있다는 결과가 보고 되고 있다. 그러나 박막의 두께가 얇아질수록 강유전체 박막과 하부 전극사이의 계면이 강유전체 박막의 도메인 거동에 미치는 영향은 커진다. 그리하여 본 연구에서는 매우 얇은 강유전체 $PbTiO_3$ 박막을 제조하여, 제조된 강유전체 박막의 도메인 특성과 하부전극과 강유전체 박막 사이의 계면이 도메인의 거동에 미치는 영향을 원자력 현미경을 이용하여 분석해 보았다. 본 실험을 위해서 가스상 반응 스퍼터링법을 이용하여 매우 얇은 $PbTiO_3$ 박막을 제조하였으며, 원자력 현미경을 이용하여 박막의 hysteresis loop 측정, area poling 실험, retention 실험 , leakage 특성 측정 등을 시행하였으며 그 결과 hysteresis loop shift, 높은 area poling voltage, poor 한 retention 특성, 높은 leakage current등 매우 나쁜 도메인 특성이 관찰되었다. 그 이유는 강유전체 박막과 하부전극 사이의 계면에 존재하는 defect 혹은 미처 반응하지 못한 $TiO_2$ 물질이 상부 강유전체 도메인에 나쁜 영향을 미쳤기 때문으로 생각되며 제조 방식을 지속적 방법에서 단계적 방법으로 그리고 PbO reaction power를 낮추는 실험을 순차적으로 수행하여 새로운 박막을 제조하여 동일한 실험을 수행 한 결과 더욱 향상된 도메인 거동을 관찰할 수 있었다.