超薄高介电Er2O3栅介质薄膜的漏电机理

采用激光分子束外延设备在不同温度下制备了不同厚度的超薄晶态、非晶态高介电Er2O3栅介质薄膜,用X射线衍射和高分辨透射电镜分析了薄膜结构,用HP4142B半导体参数分析仪测试了Al/Er2O3/Si/Al结构MOS电容器的漏电流。XRD谱和HRTEM图像显示400℃以下制备的Er2O3薄膜呈非晶态,400℃到840℃制备的Er2O3薄膜是(111)方向高度择优取向的。电学测试表明：晶态Er2O3薄膜厚度由5.7 nm 减小到3.8 nm,漏电流密度从6.20×10-5 A/cm2突增到6.56×10-4 A/cm2,增加了一个数量级。而厚度3.8 nm的非晶Er2O3薄膜漏电流密度仅为1.73×10-5 A/cm2。漏电流数据分析显示高场下超薄Er2O3薄膜的漏电流主要来自于Fowler-Nordheim隧穿。低场下超薄晶态Er2O3薄膜较大的漏电流是由晶粒边界产生的杂质缺陷引起。     

BNST薄膜电容的制备及电性能研究

采用磁控溅射法在覆釉95-Al2O3陶瓷基片上制备了BaO-Nd2O3-Sm2O3-TiO2(BNST)微波介质薄膜为介质的金属-绝缘体-金属结构电容器。原子力显微镜(AFM)显示在800℃退火0.5 h后的BNST薄膜晶粒形状完整;XRD图谱显示薄膜化后BNST晶体面间距减小;电性能测试表明,1 MHz频率下BNST薄膜介电常数为77.2,介电损耗为0.25%,-55~125℃范围内介温系数为-51.8×10-6/℃,30 V偏压下漏电流密度为3.28×10-8A/cm2。     

基于HfO2栅介质的Ga2O3 MOSFET器件研制

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在(010) Fe掺杂半绝缘Ga2O3同质衬底上外延得到n型β-Ga2O3薄膜材料,材料结构包括400 nm的非故意掺杂Ga2O3缓冲层和40 nm的Si掺杂Ga2O3沟道层.基于掺杂浓度为2.0×1018 cm-3的n型β-Ga2O3薄膜材料,采用原子层沉积的25 nm的HfO2作为栅下绝缘介质层,研制出Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET).器件展示出良好的电学特性,在栅偏压为8V时,漏源饱和电流密度达到42 mA/mm,器件的峰值跨导约为3.8 mS/mm,漏源电流开关比达到108.此外,器件的三端关态击穿电压为113 V.采用场板结构并结合n型Ga2O3沟道层结构优化设计能进一步提升器件饱和电流和击穿电压等电学特性.     

Al_2O_3衬底上制备非晶碳薄膜及其场发射特性研究

在Al2O3陶瓷衬底上用直流磁控溅射技术沉积过渡层Mo,再利用微波等离子体化学沉积系统在Mo过渡层上制备非晶碳薄膜,利用X线衍射(XRD)、拉曼(Raman)和电镜扫描(SEM)技术分析了薄膜的结构和表面形貌,测试了所制备样品的场发射及其发光特性,研究了薄膜的场发射特性。结果表明,所制备的薄膜为非晶碳和Mo2C的复合薄膜。所制备的薄膜具有较好的场发射特性,开启场强为0.74V/μm,1.8V/μm的场强下发射电流密度达到6 800μA/cm2,且发光点分布均匀,利用迭代法计算了所制备薄膜的有效场发射面积和其功函数。     

掺杂Bi2O3对Ba4Sm28/3Ti18O54微波介质陶瓷性能的影响

以Ba4Sm28/3Ti18O54微波介质陶瓷为基础,掺杂Bi2O3进行协调改性,形成固溶式为Ba4(Sm1–yBiy)28/3Ti18O54的结构。结果表明,掺杂Bi2O3能很好地把Ba4Sm28/3Ti18O54微波介质陶瓷的烧结温度降低至1260℃,当y=0.15时,能得到介电性能较佳的微波介质陶瓷:εr约为81,tanδ约为5×10–4,τf为–21×10–6℃–1。     

掺杂Lu_2O_3对Ba_4Sm_(9.33)Ti_(18)O_(54)微波介质陶瓷性能的影响

以Ba4Sm9.33Ti18O54微波介质陶瓷为基础,掺杂Lu2O3进行改性,形成固溶式为Ba4(Sm1–yLuy)9.33Ti18O54的结构。结果表明,掺杂Lu2O3能很好地把Ba4Sm9.33Ti18O54微波介质陶瓷的烧结温度降至1 260℃,当y=0.05时Ba4Sm9.33Ti18O54为类钨青铜结构,能得到介电性能较佳的微波介质陶瓷:4.33GHz时εr约为76,Q.f约为2532,τf为–42×10–6/℃;y<0.5时生成了类钨青铜结构晶相,y≥0.5主晶相变成烧绿石相,不具备介电性。     

Ho3+掺杂Al2O3粉体、薄膜的结构及其发光性能

采用高能球磨法及脉冲激光沉积法(PLD)分别制备了不同浓度的Ho3+∶Al2O3纳米粉体及薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、分光光度计、荧光光谱仪等分析手段研究了Ho3+离子掺杂对Al2O3结构及发光性能的影响。XRD图谱显示粉体样品为六方α-Al2O3结构,薄膜样品为体立方γ-Al2O3结构。1wt%Ho3+掺杂的Al2O3纳米粉体在454nm、540nm附近出现由Ho3+离子能级跃迁引起的吸收峰。采用579nm的激发光源对样品进行荧光光谱检测,发现两种样品在466～492nm波段均出现F+心所引起的缺陷发光峰,且发光峰的强度随Ho3+浓度的增加而增强。     

K_2O-B_2O_3-SiO_2/Al_2O_3 LTCC复合基板材料性能研究

采用K2O-B2O3-SiO2玻璃与Al2O3复合烧结,制备了K2O-B2O3-SiO2/Al2O3低温共烧陶瓷(LTCC)复合基板材料,研究了不同组分含量对体系微观结构和性能的影响。结果表明,复合基板材料的相对介电常数εr和介质损耗均随着Al2O3含量的增加而增加,当Al2O3质量分数为45%时,复合基板材料的介质损耗为0.0085,εr为4.55(1MHz)。抗弯强度可达到160MPa。     

V_2O_5掺杂MgTiO_3-CaTiO_3陶瓷的介电性能

采用固相反应法制备了V2O5掺杂的MgTiO3-CaTiO3(MCT)介质陶瓷。研究了V2O5掺杂量对陶瓷晶相组成、烧结温度和介电性能的影响。结果表明:V2O5掺杂的MCT陶瓷的主晶相为MgTiO3和CaTiO3两相结构,当掺杂量较低时,有第二相CaVO3产生;V2O5掺杂能降低MCT陶瓷的烧结温度并使其介电性能得到改善。当x(V2O5)为1%时,在1250℃烧结2.5h获得最佳性能:εr为20.17,tanδ为2×10–3,αε为4.9×10–5/℃。     

Co_2O_3掺杂对0.965MgTiO_3-0.035SrTiO_3微波介质陶瓷性能的影响

采用传统电子陶瓷制备方法研究了Co2O3(1.5%～5.0%,质量分数)掺杂的0.965MgTiO3-0.035SrTiO3(MST0.035)微波介质陶瓷,分析了Co2O3含量对MST0.035陶瓷的烧结性能、晶相结构、显微形貌以及微波介电性能的影响。结果表明:Co2O3的掺杂促进了MST0.035陶瓷的烧结。随着Co2O3掺杂量的增加,陶瓷介电常数略有下降,谐振频率温度系数以及品质因数增加,同时中间相MgTi2O5逐渐减少直至完全消失。当Co2O3掺杂量为质量分数3.0%时,MST0.035陶瓷的烧结温度由1 380℃降低到1 290℃,其烧结所得的样品具有优良的微波介电性能:谐振频率温度系数τf=–2.53×10–6/℃,高的品质因数Q·f=19 006 GHz和介电常数εr=20.5。     

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.     

溅射条件对Al2O3薄膜介电强度和沉积速率的影响

用射频溅射方法，在不同工作气体（纯Ａｒ和Ａｒ＋１０％Ｏ＿２）和不同基片偏压（－３０Ｖ到－１８０Ｖ，间隔－３０Ｖ）下，由烧结Ａｌ＿２Ｏ＿３靶材制备Ａｌ＿２Ｏ＿３薄膜。测试了样品的介电强度和沉积速率，对部分样品的结构和成份分别用ＸＰＳ和Ｘ射线进行了分析。结果表明：薄膜均呈非晶态；在两种工作气体中，随着基片负偏压的升高，沉积速率和介电强度均下降，但在－６０Ｖ偏压时，介电强度具有最大值。含氧的工作气体导致沉积速率下降，但提高了介电强度。在含氧和－６０Ｖ偏压下，Ａｌ＿２Ｏ＿３薄膜的平均介电强度为３．４６ＭＶ／ｃｍ。纯氩气氛中制备的Ａｌ＿２Ｏ＿３薄膜是缺氧的，而含氧的工作气体可使薄膜中的氧含量提高。     

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.     

添加V_2O_5对Mg_4Nb_2O_9微波介质陶瓷性能的影响

采用固相反应法制备了Mg4Nb2O9微波介质陶瓷,研究了添加V2O5对其烧结温度、微观结构和介电性能的影响。结果表明:当添加0.5%(质量分数)的V2O5时,Mg4Nb2O9陶瓷的烧结温度从1350℃降低到1150℃,烧结温度范围拓宽为1150～1300℃;在1150℃烧结5h后,其介电性能达到最佳:εr=11.86,Q·f=99828GHz(11.2GHz),τf=–57×10–6/℃(10～90℃,1MHz)。当w(V2O5)增大到1.5%时,Mg4Nb2O9陶瓷的介电性能变差。     

电子束共蒸发Al2O3-La2O3和ZrO2-Ta2O5复合薄膜的介电性能研究

Al2O3、ZrO2、Ta2O5和La2O3薄膜在栅介质、无机EL介质和光学薄膜方面有着重要用途,但对其复合薄膜介电性能方面的研究很少。文章采用电子束共蒸发法制备了厚度分别为414nm和143nm的Al2O3-La2O3（ALO）和ZrO2-Ta2O5（ZTO）复合薄膜,用Sawyer—Tower电路测得介电常数分别为17和34,反映介电损耗的参数△Vy分别为0．013V和0．56V,击穿场强分别为128MV／m和175MV／m,在50MV／m场强下,ALO的正、反向漏电流密度分别为3．1×10-5／cm2和4．1×10-5A／cm2,ZTO的正、反向漏电流密度分别为3．9×10-5／cm2和3．7×10-5A／cm2。另外,实验还与电子束蒸发和反应溅射制备的Al2O3、ZrO2、Ta2O5的介电性能做了比较,结果表明,上述复合薄膜单独作为无机EL绝缘层是不合适的。     

掺杂B_2O_3对(Zn,Mg)TiO_3固溶体结构和性能的影响

研究了B_2O_3对(Zn_(0.65)Mg_(0.35))TiO_3固溶体的烧结温度、晶相结构和介电性能的影响.结果表明,B_2O_3明显降低烧结温度,并与ZnO形成新的晶相Zn_3B_2O_6或ZnB_4O_7,随着B_2O_3的增加,介电常数(ε_r)逐渐减小,频率温度系数(τ_f)从正值向负值方向变化.当w(B_2O_3)=6%时,烧结温度为890 ℃;ε_r=15.3,TEM谐振器的品质因数QTEM=255,τ_f=-86×10-6·℃-1.调节w(B_2O_3)=4%～6%,能得到τ_f=0的组成.该文首次采用了介质同轴谐振器的品质因数Q值和来评价材料的介电特性,对材料的实际应用具有重要的指导作用.     

Ba_(6-3x)(Nd_(1-y)Bi_y)_(8+2x)Ti_(18)O_(54)系微波介电陶瓷的研究

研究了Ba_(6-3x)(Nd_(1-y)Bi_y)_(8+2x)Ti_(18)O_(54)(x=0～1)陶瓷微波性能,并对其微观机理和晶体结构进行分析.随Bi_2O_3含量的增加,系统介电常数(ε)迅速增大,品质因数与频率的乘积(Q·f)逐渐减小.掺入Bi_2O_3后,系统中出现具有高ε的Bi_4Ti_3O_(12)晶相,并形成了类填满型钨青铜结构,阳离子极化增强,因此ε随Bi_2O_3含量的增加而增大.实验表明,当y=0.25～0.3时,Ba_(6-3x)(Nd_(1-y)Bi_y)_(8+2x)Ti_(18)O_(54)(x =0～1) 陶瓷具有优良的微波介电性能,其主要工艺条件和性能参数为烧结温度1 200 ℃保温4 h,ε≈102～107,Q·f≈20 000～22 000 GHz(1 GHz测量), 容量温度系数|αc|<10×10~(-6)/℃.     

ZnNb_2O_6-TiO_2微波介质陶瓷及其在电容器中的应用

采用固相法在880～975℃下烧结制备了添加w(CuO)为2.00%,w(B2O3)为3.00%及w(SnO2)为0.15%的ZnNb2O6-1.75TiO2基复合微波介质陶瓷。研究了该陶瓷的低温烧结机理、微波介电性能及其在多层片式陶瓷电容器中的应用。结果显示:随着烧结温度的提高,物相由Zn2TiO4,Zn0.17Nb0.33Ti0.5O2,ZnNb2O6向ZnTiNb2O8转变,εr和τf减小,Q·f升高。但当t≥975℃时,出现过烧现象,晶体缺陷增多恶化了材料的Q·f。在950℃烧结4h时,得到最好的介电性能:εr=36.7,τf=–22.6×10–6/℃,Q·f=18172.2GHz。且在此温度下制备的多层片式陶瓷电容与内电极Ag90Pd10的兼容性良好,Res为0.3426Ω,tanδ为9×10–5,可靠性良好。     

Ca_(0.3)(Li_(0.5)Sm_(0.5))_(0.7)TiO_3微波介质陶瓷低温烧结研究

采用固相反应法,以Ca0.3(Li0.5Sm0.5)0.7TiO3(CLST—0.7)陶瓷为基料,掺杂质量分数为10%的CaO-B2O3-SiO2(CBS)氧化物和2%～6%的Li2O-B2O3-SiO2-CaO-Al2O3(LBSCA)玻璃料为复合烧结助剂,研究了LBSCA掺杂量对CLST—0.7陶瓷的低温烧结行为及微波介电性能的影响。结果表明,复合烧结助剂掺杂促使CLST—0.7陶瓷烧结温度降低了200～300℃,并保持良好的微波介电性能。掺杂质量分数10%CBS和4%LBSCA的CLST—0.7陶瓷经950℃烧结5h后,其εr=71.84,Q·f=1967GHz,τf=41.7×10–6/℃。     

ZrO_2掺杂BaO-La_2O_3-TiO_2陶瓷预烧温度研究

采用固相反应法,在不同温度(1100~1250℃)下预烧后烧结制备了Ba4La9.33(Ti0.95Zr0.05)18O54微波介质陶瓷,研究了预烧温度对其相组成、显微结构以及微波介电性能的影响。结果表明:不同预烧温度下制备的陶瓷样品主晶相均为类钨青铜结构的BaLa2Ti4O12晶相。1200℃预烧制备的陶瓷样品晶粒为典型的柱状晶,分布均匀,且晶粒尺寸最大。1200℃预烧后,于1400℃烧结制备的陶瓷样品具有最佳的微波介电性能:εr=86.83,Q·f=5875GHz(4.482GHz),τf=81.99×10–6/℃。