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Title Page
Abstract
Contents
1. INTRODUCTION 11
2. Theory Background 13
2.1. Ferroelectric organic material P(VDF-TrFE) 13
2.2. Ferroelectric inorganic material Pb(Zr,Ti)O₃ 16
3. Experimental procedures and Measurement 19
3.1. The Fabrication of organic P(VDF-TrFE) blended in PZT 19
3.2. Thin Film fabrication procedures 22
4. Results and Discussion 26
4.1. Physical property of P(VDF-TrFE) blended PZT Film 26
4.2. Electrical property of P(VDF-TrFE) blended PZT Film 32
5. Conclusions 41
References 42
국문초록 45
Table1. General properties of P(VDF-TrFE) and Dimethyformamide (DMF) 19
Figure 1. Molecular units of P(VDF-TrFE) 13
Figure 2. Molecular structure of ferroelectric β phase 14
Figure 3. The scheme of crystalline transformation of P(VDF-TrFE) copolymer 15
Figure 4. The perovskite-type structure 17
Figure 5. P-E hysteresis loop of perovskite-type structure 18
Figure 6. Schematic diagrams for the preparation of P(VDF-TrFE) blended PZT precursor solution 21
Figure 7. The process flow of MFS and MFM structure by sol-gel method 24
Figure 8. The schematic diagram of MFM structure 24
Figure 9. Thickness of P(VDF-TrFE) blended PZT films 25
Figure 10. X-ray diffraction patterns of the P(VDF-TrFE) blended PZT films 28
Figure 11. AFM images of (a) P(VDF-TrFE) film, (b) P(VDF-TrFE) blended PZT film, (c) PZT film 29
Figure 12. Interfacial layer of between P(VDF-TrFE) blended PZT layer and Si substrate layer 30
Figure 13. EDX results of (a) P(VDF-TrFE) blended PZT layer, (b) interfacial layer, (c) Si substrate 31
Figure 14. Polarization-Electric Field hysteresis curve of (a) 0wt% PZT, (b) 20wt% PZT, (c) 40wt% PZT 35
Figure 15. C-V characteristics of P(VDF-TrFE) blended PZT films (0~40wt%) 36
Figure 16. I-V characteristics of P(VDF-TrFE) blended PZT films 37
Figure 17. C-V characteristics of P(VDF-TrFE) blended PZT films (0~95wt%) 38
Figure 18. Permittivity of blended PZT film 39
Figure 19. I-V characteristics of P(VDF-TrFE) blended PZT films (0~95wt%) 40
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본 논문에서는 차세대 비휘발성 메모리 소자 연구를 위한 유-무기 강유전체 하이브리드 물질을 이용한 소자를 제작하여 물리적, 전기적 특성을 측정, 평가하였다. 유-무기 하이브리드 물질은 유기물의 유연성과 저온에서의 공정이 가능하다는 점 그리고 무기물의 전기적으로 안정적인 특성을 함께 나타낸다는 점에서 차세대 비휘발성 메모리 소자 연구에 필수불가결한 연구과제이다. 본 논문에서는 유기물 강유전체 물질로 P(VDF-TrFE), 무기물 강유전체 물질로 PZT를 혼합하여 실험을 진행하였다. 유-무기 혼합 용액은 유기 용매인 DMF를 이용하여 만든 P(VDF-TrFE) 용액과 PZT의 용액을 혼합하여 만들었다. 유-무기 강유전체 박막은 스핀 코팅 방식으로 증착하였고 170℃의 저온에서 1시간 동안 열처리를 하였다. 제작한 소자의 특성은 전기적, 물리적인 방법을 이용하여 측정하였다. XRD 패턴 분석을 통해 P(VDF-TrFE)의 강유전 γ상과 PZT의 비정질상을 함께 가지는 것을 확인하였고 TEM과 EDX 분석을 통해 유-무기 혼합 강유전체 박막과 실리콘 기판 계면 사이에 Pb 산화막으로 보이는 계면이 형성된 것을 보여주었다. 이 Pb 산화막으로 인해 C-V, I-V 등의 전기적 특성이 영향을 받는 것을 측정을 통하여 확인하였고 소자의 P-E 히스테리시스 곡선을 통해 박막의 강유전성을 살펴보았다. 또 AFM을 이용하여 박막의 표면 상태도 확인하였다.
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