PZT铁电薄膜的低温原位生长

在溅射法预制备的LaNiO3/Si基片上,用射频溅射法在较低的衬底温度(235～310℃)和纯Ar气氛中原位生长Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)薄膜.通过优化溅射功率、基片温度等工艺,最后在260℃的较低基片温度上成功制备出具有良好铁电性的PZT薄膜.使用X射线衍射(XRD)测试样品的结构,原子力显微镜观察其表面形貌,TD-88A标准铁电测试系统测试样品(Ar/PZT/LNO结构)的铁电性能.结果表明:(1)溅射功率110W,基片温度260℃时,原位沉积的PZT呈(111)、(200)取向;(2)上述工艺制备的PZT薄膜展现良好的铁电性,在5V测试电压时,其剩余极化为23.1uc/cm2,漏电流密度为1.34×10-4A/cm2.     

Sr(Zr_(0.1)Ti_(0.9))O_3缓冲层厚度对PZT薄膜结晶及性能的影响

采用sol-gel法制备了具有Sr(Zr0.1Ti0.9)O3缓冲层的PbZr0.52Ti0.48O3(PZT)薄膜,研究了缓冲层厚度对样品结晶和性能的影响。结果表明,较薄缓冲层会诱导PZT薄膜的(111)择优取向,添加单层缓冲层(约20nm)使其(111)取向度提高到90%;较厚缓冲层会抑制PZT薄膜的(111)择优取向,添加四层缓冲层(约80nm)使其(111)取向度降低到9%;缓冲层厚度对样品电性能有显著影响,其剩余极化强度由无缓冲层时的26.8×10–6C/cm2增加到缓冲层厚度约为20nm时的38.8×10–6C/cm2。     

PLT/PbO铁电薄膜的制备及性能研究

采用射频磁控溅射技术,在室温溅射、后续退火条件下,以PbO为过渡层,在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备出具有完全钙钛矿结构的(Pb0.90La0.10)Ti0.975O3(PLT)铁电薄膜;比较了在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)衬底上有无PbO过渡层的PLT薄膜的微结构和铁电性能。实验结果表明,在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)衬底上增加PbO过渡层提高了PLT薄膜的相纯度,并且所制备的PLT/PbO/Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)薄膜具有优良的介电和铁电性能,其剩余极化强度Pr为21.76μC/cm2,室温热释电系数p为2.75×10-8C/cm2.K。     

退火温度对PZT薄膜电容器性能的影响

通过简单的溶胶–凝胶法和快速热处理工艺,获得了在Pt/Ti/SiO2/Si基片上生长良好的PZT薄膜。制膜工艺简单,不需要回流和高温去结晶水,即可获得(111)择优取向的PZT薄膜。PZT薄膜经快速热处理在550~650℃退火,薄膜致密和平滑,均具有良好的铁电和介电特性,其最佳退火温度为600℃。     

PLZT薄膜的结构、介电与光学性能的研究

以硝酸镧、醋酸铅、钛酸丁酯和异丙醇锆为原料，乙二醇甲醚作溶剂。用简单的溶胶一凝胶法和快速退火工艺在Si(111)、石英和Pt／Ti／SiO2／Si(100)基片成功地制备出了高度多晶和(111)取向生长的(Pb，La)(Ti，Zr)O3(PLZT)薄膜。用原子力显微镜分析了薄膜的表面形貌；测试了薄膜的铁电和介电特性。PLZT薄膜的剩余极化强度和矫顽场分别为10．3μC／cm^2和36kV／cm；在100kHz，薄膜的介电常数和损耗因子分别为682和0．021。生长在石英基片上的薄膜具有好的透光性，当波长高于360nm，其透过率高达72％。     

RF溅射法制备PZT铁电薄膜及其表征

采用对靶溅射法在SiO2/Si基板上沉积Pt/Ti底电极,用射频(RF)溅射法在Pt/Ti/SiO2/Si基板上制备了厚度约800 nm的PZT薄膜。XRD分析表明,Ar气氛中沉积,700℃下快速退火(RTA)20 min所得的PZT薄膜具有钙钛矿结构;SEM、AFM分析表明,该条件下所得薄膜的表面由平均粒径约219 nm的晶粒组成,较为均匀、致密。在1 kHz的测试频率下,PZT薄膜的介电常数为327.6,从电滞回线上可以得出,该PZT薄膜的矫顽场强为50 kV/cm,剩余极化强度和自发极化强度分别为10μC/cm2、13μC/cm2。     

Pt/PZT铁电薄膜结晶性能与界面结构研究

锆钛酸铅[Pb(ZrxTi1-x)O3,PZT]薄膜具有优异的铁电性能,其中以(111)取向的PZT薄膜铁电性能更优异。目前对影响PZT薄膜取向生长的因素还未完全研究清楚,而PZT薄膜制备中,薄膜的择优取向生长控制是薄膜制备工艺的难点。采用TEM观察界面微观结构,利用高斯软件在TPSS/def2-TZVP水平下计算优化出PbxPt团簇分子的结构,发现界面层上形成的这类分子属于量子点范畴,结构上与PZT薄膜(111)晶面取向相似。提出高温退火生成的大量PbxPt团簇分子是(111)晶面取向生长的"诱导剂",控制界面层这种物质的生成和扩散可以控制PZT薄膜(111)取向生长。     

采用氧化物复合底电极的BTO薄膜结构和性能

用球磨法制备Bi4Ti3O1(2BTO)靶材。用PLD法在Pt/TiO2/SiO2/Si基片上先分别以三种氧化物SrRuO(3SRO)、LaSrCoO3(LSCO)、LaNiO3(LNO)和Pt生成复合底电极,再在其上生长了外延取向的BTO薄膜。分析了薄膜的结构和性能。结果表明,这种BTO薄膜的c轴取向得到抑制,其极化强度从0.45×10–6C/cm2提高到0.9×10–6C/cm2;矫顽场强从90×103V/cm下降到50×103V/cm。     

玻璃基LSCO/PZT/LSCO电容器的制备和铁电性能

采用磁控溅射法制备La0.5Sr0.5CoO3(LSCO)薄膜、sol-gel法制备Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT)薄膜,在玻璃和Ti-Al/Si衬底上构架了LSCO/PZT/LSCO电容器,研究了衬底对LSCO/PZT/LSCO电容器结构和铁电性能的影响。研究发现:虽然生长在两种衬底上的PZT薄膜均为钙钛矿结构多晶薄膜,但是,生长在玻璃衬底上的LSCO/PZT/LSCO电容器具有更好的铁电性能。玻璃基LSCO/PZT/LSCO电容器的剩余极化强度(Pr)为28×10–6C/cm2,矫顽电压(Vc)为0.96V;而硅基LSCO/PZT/LSCO电容器的Pr为25×10–6C/cm2,Vc为1.05V。     

快速热处理中退火温度对Sol-gel法制备PZT铁电薄膜性能的影响

利用Sol-Gel法在Pt/TiO2/SiO2/Si基底上用快速热处理(Rapid Thermal Processing,RTP)退火工艺制备出了致密的PZT铁电薄膜,主要研究了在退火时间为500s时退火温度对薄膜的结晶结构、表面形貌和铁电性能的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和铁电测试仪对制备的薄膜进行了性能表征。研究结果表明,当退火温度为6000C时,PZT薄膜具有(111)择优取向,表面致密无裂纹,且具有较好的铁电性能(其饱和极化值约为30 C/cm2,剩余极化约为20 C/cm2,矫顽场约为150KV/cm)。在100KV/cm电场下,电流密度J在10-1A/cm2数量级,表明所制的PZT纳米薄膜质量较好,能承受较高的场强以达到饱和极化状态而不被击穿。     

Leakage current mechanisms of ultrathin high-κEr_2O_3 gate dielectric film

A series of high dielectric material Er_2O_3 thin films with different thicknesses were deposited on p-type Si (100) substrate by pulse laser deposition at different temperatures. Phase structures of the films were determined by means of X-ray diffraction (XRD) and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM). Leakage current density was measured with an HP4142B semiconductor parameter analyzer. The XRD and HRTEM results reveal that Er_2O_3 thin films deposited below 400 ℃ are amorphous, while films deposited from 400 to 840 ℃ are well crystallized with (111)-preferential crystallographic orientation. I-V curves show that, for ultrathin crystalline Er_2O_3 films, the leakage current density increases by almost one order of magnitude from 6.20 × 10~(-5) to 6.56×10~(-4) A/cm~2, when the film thickness decreases by only 1.9 nm from 5.7 to 3.8 nm. However the leakage current density of ultrathin amorphous Er_2O_3 films with a thickness of 3.8 nm is only 1.73×10~(-5) A/cm~2. Finally, analysis of leakage current density showed that leakage of ultrathin Er_2O_3 films at high field is mainly caused by Fowler-Nordheim tunneling, and the large leakage of ultrathin crystalline Er_2O_3 films could arise from impurity defects at the grain boundary.     

Sol-Gel法制备Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)铁电薄膜

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法在Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上制备Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)薄膜,发现制备的薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构,且表面平整致密.对Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)薄膜的电学性能进行了研究.结果表明,室温下,在测试频率1 MHz时,其介电常数为213,介电损耗为0.085;在测试电压为350 kV/cm,其剩余极化值、矫顽场强分别为39.1 μC/cm~2、160.5 kV/cm;表现出良好的抗疲劳特性和绝缘性能.     

Pb（Zrx，Ti1-x）O3成分梯度铁电薄膜的制备、结构及电性能表征

采用Sol-Gel方法,通过快速热处理,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备出Pb(Zrx,Ti1-x)O3成分梯度薄膜.经俄歇微探针能谱仪(AES)对制备的"上梯度"薄膜进行了成分深度分析,结果证实其成分梯度的存在.经XRD分析表明,制备的梯度薄膜为四方结构和三方结构的复合结构,但其晶面存在一定的结构畸变.经介电频谱测试表明,梯度薄膜的介电常数比每个单元的介电常数都大,但介电损耗相近.在10 kHz时,上、下梯度薄膜的介电常数分别为206和219.经不同偏压下电滞回线的测试表明,上、下梯度薄膜均表现出良好的铁电性质,其剩余极化强度Pr分别为24.3和26.8 μC·cm-2.经热释电性能测试表明,热释电系数随着温度的升高逐渐增加,室温下上、下梯度薄膜的热释电系数分别为5.78和4.61×10-8 C·cm-2K-1,高于每个单元的热释电系数.     

PLD法制备高介电调谐率的纳米晶BZT薄膜

用脉冲激光沉积工艺制备了Ba(ZrxTi1-x)O3(x=0.25,0.30简称BZT25和BZT30)介电薄膜。在650℃原位退火10 min,薄膜为(111)取向柱状生长的晶粒,取向度分别为0.45和0.75。BZT25和BZT30薄膜的平均晶粒尺寸分别为50 nm和60 nm。在室温、1 MHz和3×105 V/cm条件下,BZT25的最大εr和调谐率分别达到563和65%,BZT30的最大εr和调谐率分别达到441和57%。薄膜为(111)取向生长,主要是基于薄膜与底电极Pt界面层立方相结构Pt3Ti的诱导,即(111)Pt3Ti和(111)BZT的晶格匹配。     

ITO玻璃衬底上PLZT铁电薄膜的制备与电性能

用sol-gel法在掺Sn的In2O3导电透明膜(ITO)衬底上,制备了La掺杂的PbZr0.5Ti0.5O3(PLZT)铁电薄膜。研究了La掺杂量对薄膜的铁电、介电和漏电性质的影响。结果表明,x(La)为5%的PLZT薄膜经650℃退火,有优良的铁电特性,外加15V电压下,剩余极化强度为35.4×10–6C/cm2,矫顽场强为111×103V/cm。100kHz时的εr和tgδ分别为984和0.13。在外加电场小于9V时,薄膜的漏电流密度不超过10–8A/cm2。     

外延CeO2高k栅介质层的结构及介电性能

利用脉冲激光沉积两步生长法在Si(111)衬底上制备了厚度为10～40nm的外延CeO<,2>薄膜,构建了Pt/CeO<,2>/Si MOS结构.研究了CeO<,2>薄膜的界面及介电性能,实验发现,界面处存在的电荷对MOS结构C-V特性的测量有较大影响,采用两步生长法制备的外延CeO<,2>薄膜在保持较大介电常数的同时...     

PZT,PT干凝胶的制备及应用

采用减压抽滤的方法成功制备了Pb(Zr0.5Ti0.5)O3,PbTiO3干凝胶,并用STA449C差热分析仪表征了干凝胶的性能。干凝胶溶解后得到了性能优良的PZT薄膜和PZT/PT复合膜。采用X射线衍射技术表征了两种薄膜的微观结构及成相特征。薄膜的介电性能及漏电流性能由HP4284ALCR及Keithley6517A来确定。试验结果表明:用减压抽滤得到的干凝胶的方法,可以彻底解决溶胶凝胶中先体存放的问题,得到的铁电薄膜有优良的介电与铁电性能。PZT的相对介电常数与介质损耗分别为424,0.033,PT作为中间层的复合膜的相对介电常数和介质损耗分别为261,0.014;PT薄膜可以调整和改进PZT薄膜的性能,使之达到应用于热释电探测器的要求。     

高度(100)取向的BST薄膜及其高介电调谐率

用脉冲激光沉积法制备(Ba1-xSrx)TiO3(x=0.35,0.50简称BST35和BST50)介电薄膜。在650℃原位退火10min,获得高度(100)取向柱状生长的晶粒。BST35薄膜的平均晶粒尺寸为50nm,BST50薄膜的晶粒尺寸为150~200nm。在室温和1MHz条件下,BST35的最大εr和调谐率分别达到810和76%,其介电调谐率高于国内外同类文献报道的数据;BST50的εr和调谐率最大分别达到875和63%。薄膜为(100)取向生长,因为薄膜沿平面c轴极化而产生应力,在电场作用下,而获得高介电调谐率。     

ZnO过渡层对BiFeO_3薄膜铁电性能的影响

采用溶胶–凝胶法,在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)衬底上采用逐层退火工艺制备了BFO(BiFeO3)、ZnO/BFO和ZAO(掺铝氧化锌)/BFO薄膜,研究了ZnO、ZAO过渡层对BFO薄膜晶相以及铁电、漏电和介电性能的影响。结果表明:与BFO薄膜相比,ZnO/BFO薄膜的表面更加致密、平整,结晶性更好,双剩余极化强度(2Pr)有非常大的提高,漏电和介电性能也均有改善。ZAO/BFO薄膜的铁电性能比ZnO/BFO薄膜的铁电性能差,这与ZAO的导电性强于ZnO有关。     

CeO_2高K栅介质薄膜的制备工艺及其电学性质

研究了 Ce O2 作为高 K (高介电常数 )栅介质薄膜的制备工艺 ,深入分析了衬底温度、淀积速率、氧分压等工艺条件和利用 N离子轰击氮化 Si衬底表面工艺对 Ce O2 薄膜的生长及其与 Si界面结构特征的影响 ,利用脉冲激光淀积方法在 Si(10 0 )衬底生长了具有 (10 0 )和 (111)取向的 Ce O2 外延薄膜 ;研究了 N离子轰击氮化 Si衬底表面处理工艺对 Pt/ Ce O2 / Si结构电学性质的影响 .研究结果显示 ,利用 N离子轰击氮化 Si表面 /界面工艺不仅影响 Ce O2 薄膜的生长结构 ,还可以改善 Ce O2 与 Si界面的电学性质