Conducting oxides of ruthenates are candidates of electrode material for lead zirconate titanate (PZT) and barium titanate capacitors Since they are perovskite crystals and they possess better lattice match with those of lead and barium-based ferroelectrics. The fatigue problem on polarization reversal has been shown significantly improved when the oxide/oxide interface replaces the traditional oxide/platinum interface.
The $CaRuO_3(CRO)$ thin films on Si substrate were deposited by RF magnetron sputtering method in order to make use of a bottom electrode for highly oriented perovskite ferroelectric film. The CRO thin films have not only preferred (002) oriented growth at 650℃, 2hr deposition but also highly reduced electrical resistivity of 300 μΩㆍcm when they were annealed at 700℃, 10min.
The effect of deposition and annealing temperature of the CRO thin films was investigated. The crystallinity and the degree of film orientation were characterized by XRD. The degree of the c-axis orientation of CRO film was defined as the ratio of the summation of peak intensities of (002) diffraction to those of (hkl) diffraction,I(002)/∑[I(hkl). The composition of the film was measured WDS. Grain size and film Roughness were measured by SEM and AFM contact mode. CRO films showed high crystalline quality with roughness 5.3nm at thickness 183nm. The CRO (002) relative peak intensity increased significantly after heat treatment in air environment, and the crystalline quality and the resistivity value of CRO films was enhanced by heat treatment.
$Pb(Zr_{0.4}Ti_{0.6})O_3(PZT)$ and $BaTiO_3$ thin films were deposited on CRO/Si(100) substrates using sol-gel and sputtering method respectively. The thickness of PZT and BT was 150nm and they have different grain size and roughness. The P-E hysteresis curve of epitaxially grown PZT and BT films on CRO/Si(100) substrate was tested by RT66A. Pt/PZT/CRO/Si structure showed large $P_r$ and small $E_c$ value comparative to the Pt bottom electrode structure.
Ru 계열의 전도성 산화물질은 PZT와 BT같은 강유전 물질응용을 위한 전극물질로써 매우 유망하다. 이러한 ruthenate들은 페로브스카이트 구조를 가지고 있으며, 페로브 스카이트 구조의 강유전 물질들과 매우 유사한 격자 상수를 지녀 격자 일치도가 뛰어나다. 또한 이러한 전도상 산화물을 전극으로 사용시, 기존의 Pt 전극에 비하여 분극반전 시의 피로현상의 문제점도 크게 향상되는보고가 되고있다.
본 연구에서는 Si 기판을 사용하여 전도성 산화물인 $CaRuO_3$ 를 RF magnetron sputtering법을 통해 우선 배향된 전극 물질을 제조하였다. 증착된 CRO 박막은 700℃, 10min의 열처리를 통하여 (002)우선 배향되었을 뿐만 아니라, 수백 $\mu Ω\cdot cm$ 의 낮은 비저항 값을 나타내었다.
열처리 온도와 증착 시 기판 온도등의 증착 변수의 영향성에 대해 ,XRD를 통하여 결정성과 우선배향성을, WDS를 통해 조성분석을, SEM과 AFM을 통해 미세구조분석을 하였다. 열처리 후의 박막은 (002) 우선 배향성이 증가하였으며 결정성의 향상과 더불어 비저항값의 감소 결과가 나타났다.
제조된 하부전극위에 강유전 물질 PZT와 BT를 증착하여 유전특성을 측정하였다. PZT는 sol-gel법을 통해 150nm의 두께로 코팅하였으며, BT는 sputtering 법으로 같은 두께로 증착하였다. PZT와 BT는 모두 CRO 하부전극의 배향성에 영향을 받아 (100) preferred oriented되었으며 각각 다른 그레인 크기와 유전상수 값을 나타내었다. 강유전 특성평가로 P-E 이력곡선은 RT66A로, C-V 곡선은 임피던스 어낼라이져로 분석한 결과, PZT/CRO/Si 구조에서 큰 잔류 분극량과 상대적으로 큰 그레인 크기를 나타내었다.
