| 초록 |
전자제품이나 반도체 등에 빠짐없이 사용되는 커패시터는 기본적인 메모리 소자이다. 이러한 커패시터의 특성을 결정하는 정전용량은 재료의 고유 상수로써 단일 정전용량을 갖는 소재들이 커패시터에 사용되고 있으나, 외부 전압을 이용해 정전용량을 단계적으로 조절할 수 있는 다중 정전용량 소재 기반 멤커패시터가 개발된다면 기존의 반도체 기술보다 회로는 단순화되고 전력은 덜 소모하면서 빠른 연산 속도를 가질 수 있을 것이다. 커패시터 구조의 멤리스터 소자에 전압이 가해지면 소자의 한쪽에 전하가 축적되고 다른 쪽에는 전하가 고갈된다. 이에 따라 멤리스터에서 정전용량이 외부 전압의 변화에 따라 변화하면서 멤커패시터 특성이 나타날 수 있다. 본 연구에서는 전극인 SrRuO3와 Pt 사이에 멤리스터 물질로 보고된 BiFeO3가 들어간 커패시터 구조의 구현을 통해 멤커패시터 및 다중 정전용량 특성을 확인하고자 한다. 따라서 pulsed laser deposition (PLD) 방법을 이용하여 SrTiO3 기판 위에 에피텍시얼한 BiFeO3 단결정 박막을 증착하여 전류-전압 (I-V) 측정 및 정전용량-전압 (C-V) 측정을 통해 Pt/BiFeO3/SrRuO3 커패시터 구조에서 멤리스터 및 멤커패시터 특성이 동시에 발현됨을 확인하였다. 이 멤커패시터의 C-V 측정에서 양의 구동 전압을 증가시킴에 따라 정전용량이 확인히 구분가능한 4단계 (OFF, ON1, ON2, ON3)로 조절될 수 있는 다중 정전용량 특성을 확인하였다. 4단계의 다중 정전용량 특성은 104초 동안 유지되며 메모리 스위칭에 대해 20%정도의 effective device yield가 달성되었다. 또한 ON1, ON2, ON3 중 하나를 "write"하고 이를 "read"하고 이후에 OFF로 재설정하는 "reset"단계를 펄스 트레인으로 반복적으로 수행함으로써 각 4단계의 다중 정전용량 특성이 반복 및 재현 가능함을 입증하였다. Pt/BiFeO3/SrRuO3 커패시터 구조에서 멤커패시터 특성이 발현되는 원리를 이해하기 위해 X선 광전자 분광 측정을 진행하였고 이를 통해 산소공공의 이동 및 화학양론적 변화가 특성 발현과 관련이 있는 것으로 판단할 수 있었다. 이러한 커패시터 구조의 BiFeO3 단결정 박막에서의 다중 정전용량의 발견은 기존 커패시터가 봉착했던 문제들을 해결할 수 있는 기존과는 다른 원리의 새로운 멤커패시터의 발현을 가능하게 한다. |
