| 2002년 약 5조원의 시장이 예상되는 MEMS 분야와 비휘발성 기억소자의 주요원료인 PZT [Pb(ZrxTi1-x)O3]계 혼합 금속 산화물 박막 및 후막은 강유전성을 이용한 비휘발성 기억소자 (FeRAM), 유전특성을 이용한 이동통신기기의 핵심 소자부품, 압전성을 이용한 마이크로 액튜에이터와 가속도센서, 그리고 초전성을 이용한 적외선센서 소자 등에 널리 이용되고 있다.
이들 소자의 구현을 위한 박막 및 후막 형성 방법은 크게 물리적 증착법, 화학기상증착법, chemical
solution 증착법이 있다. 이 중 저집적 기억소자와 일정 두께 이상의 박막 형태를 요구하는 MEMS 소자의 구현을 위해서는 스퍼터링과 같은 물리적 증착법 보다는 chemical
solution 증착법이 보편적으로 사용되고 있는데, 이는 chemical
solution 증착법이 장치 의존성이 적고 복잡한 조성의 박막을 비교적 단순한 공정으로 제조할 수 있으며, 용액 제조 시 분자 단위의 혼합을 통하여 막의 균질도를 높일 수 있기 때문이다. 또한 2002년부터 본격적으로 개발연구가 진행될 것으로 예상되는 16M 수준의 고집적 FeRAM 개발의 경우 그 핵심 기술은 MOCVD를 이용하는 PZT capacitor 공정이 될 전망이다.
그러나 현재까지는 대부분의 연구와 투자가 장비 및 소자의 구현에만 편중되어 있었기 때문에 실제 소자의 성패를 좌우하는 원료물질에 관한 연구는 체계적으로 이루어지지 않고 있다. 특히 PZT계 산화물을 이용한 전자부품소자는 원재료의 적절한 선택과 순도, 그리고 합성재료의 조성과 구조 안정성에 의해서 제반 특성 및 응용성이 민감하게 변화하기 때문에 신뢰성과 재현성이 우수하고 환경친화적인 원재료 및 합성기술의 체계적인 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 연구실에서 개발하고자 하는 PZT계 세라믹스 박막/후막용 원재료 합성기술은 비휘발성 기억소자 및 마이크로 시스템에 실제 적용 가능한 전자 기능재료의 소재, 물질, 공정 분야에 해당하는 핵심 기술이다. 원재료 합성기술이란 일정 몰비로 각 원료물질과 용매의 화학반응성을 조절하여 원재료를 용도에 맞게 합성하는 기반기술로서, 실제소자의 특성을 구현하는 박막 및 후막의 물성을 결정한다. 원재료 합성기술의 가장 중요한 핵심사항은 다음과 같다.
1) 안정성을 결정하는 각 원료물질의 단계적인 화학반응속도 제어
2) 잔류 유기물의 분해와 상 형성 온도를 결정하는 출발원료 간의 반응결합력 제어
3) 박막 및 후막의 미시적 평활도를 좌우하는 합성용액의 유동성 제어
4) 형성된 박막 및 후막의 두께를 결정하는 합성용액의 농도 제어
5) 용매 및
각
원료물질
간의
단계적인
상
분리를
통한
열분해
시의
수축과
균열
제어
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