PZT铁电场效应晶体管电学性能

采用磁控溅射法制备了(111)向择优的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)铁电薄膜,并结合半导体集成技术制备了金属/铁电/金属/多晶硅/绝缘层/Si衬底(MFMIS)结构的n沟道铁电场效应晶体管.研究了铁电场效应晶体管的C-V特性、I-V特性以及写入速度.顺时针的C-V滞回曲线和逆时针的Id-Vg滞回曲线表明,n沟道PZT铁电场效应晶体管具有极化存储性能和明显的栅极化调制效应,并且在-5V到 5V的Vg电压下从C-V和Id-Vg滞回曲线中都得到了2V的存储窗口.     

PZT铁电场效应晶体管电学性能

采用磁控溅射法制备了(111)向择优的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)铁电薄膜,并结合半导体集成技术制备了金属/铁电/金属/多晶硅/绝缘层/Si衬底(MFMIS)结构的n沟道铁电场效应晶体管.研究了铁电场效应晶体管的C-V特性、I-V特性以及写入速度.顺时针的C-V滞回曲线和逆时针的Id-Vg滞回曲线表明,n沟道PZT铁电场效应晶体管具有极化存储性能和明显的栅极化调制效应,并且在-5V到+5V的Vg电压下从C-V和Id-Vg滞回曲线中都得到了2V的存储窗口.     

用于非破坏性读出铁电存储器的MFIS结构的机理研究

分析了 MFIS FET的工作机理以及影响 MFIS电容的存储窗口特性的因素 ,提出用存储窗口与铁电薄膜正、负矫顽电压的差值来评价存储窗口特性 ,制备了 Au/Cr/PZT/Zr O2 /Si的 MFIS结构并研究了其存储窗口特性 ,存储窗口随 Zr O2 的厚度变化呈现一个极大值 ,甚至会出现 C-V曲线方向的变化 ,而 PZT薄膜的厚度增大会导致窗口增大 ,这是由于界面效应以及在铁电层和介质阻挡层上电压分配关系的不同而造成的 ,这一结果与前面的分析很好地吻合。当 Zr O2 和 PZT的厚度分别为 3 0 nm和 2 5 0 nm、扫描电压从 -5 V到 +5 V变化时 ,存储窗口大小为 2 .5 V,与相应的铁电薄膜的正、负矫顽电压的差值的比为 0 .8。     

Ag/Bi4Ti3O12栅铁电场效应管ID-VG特性双曲模型

在理论分析的基础上,结合铁电材料特性及实验数据,提出了Ag/Bi4Ti3O12栅n沟道铁电场效应晶体管转换(ID-VG)特性的双曲模型并进行了数值模拟。该模型不但与阈值电压、沟道饱和电流等器件参数相关而且充分反映了剩余极化、矫顽电压等铁电栅介质极化特性对器件ID-VG特性的影响。结果表明:模拟曲线与实验曲线基本一致,能较好地模拟和描述铁电场效应晶体管的ID-VG特性。     

Au/PZT/BIT/p-Si结构铁电存储二极管I-V特性

采用脉冲激光沉积方法 (PL D)制备了 Au/ PZT/ BIT/ p- Si多层结构铁电存储二极管 .对铁电存储二极管的P- E电滞回线、I- V特性曲线分别进行了测试与分析 ,并对其导电行为及基于 I- V特性回滞现象的存储机理进行了讨论 .实验表明 ,所制备的多层铁电薄膜具有较高的剩余极化 (2 7μC/ cm2 )和较低的矫顽场 (4 8k V/ cm ) ,BIT铁电层有助于缓解 PZT与 Si衬底之间的界面反应和互扩散 ,减少界面态 ,与 Au/ PZT/ p- Si结构相比 ,漏电流密度降低近两个数量级 ,I- V特性曲线回滞窗口明显增大     

Si衬底上具有Poly-Si/SiO2堆叠缓冲层的Pb (Zr0.52Ti0.48)O3 存储电容

在p型Si衬底上沉积多晶硅薄膜和Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PZT)薄膜形成过渡层。测试淀积在多晶硅上的PZT薄膜不同退火温度的X射线衍射峰。Pt/PZT/poly-Si电容被研究。由于PZT薄膜的铁电极化特性,金属/铁电/多晶硅/二氧化硅/Si结构存储电容在650度退火展示了其顺时针的电压-电容曲线。存储窗口随着SiO2电容和PZT电容的耦合比的增加而增大。     

应用于非破坏性读出铁电存储器的MFIS FET制备及其特性

将ZrO2和PZT的sol-gel薄膜制备技术应用到非破坏性读出铁电存储器中,制作出应用Al/PZT/ZrO2/p-Si结构的MFIS电容和单管MFIS FET,研究了MFIS电容的界面和存储窗口特性,结果表明ZrO2介质阻挡层和Si衬底以及PZT的附着良好,在±5V测试电压、1MHz测试频率下,存储窗口电压为2.6V左右,与相应的铁电薄膜的正、负矫顽电压差值的比为0.8.对于宽长比为500μm/50μm器件,采用栅极与源极、漏极写入方式,±10V时在写入电压下得到理想的输入-输出特性;小尺寸的40μm/8μm器件在±5V写入电压下特性较好.     

应用于非破坏性读出铁电存储器的MFIS FET制备及其特性

将ZrO2和PZT的sol-gel薄膜制备技术应用到非破坏性读出铁电存储器中,制作出应用Al/PZT/ZrO2/p-Si结构的MFIS电容和单管MFIS FET,研究了MFIS电容的界面和存储窗口特性,结果表明ZrO2介质阻挡层和Si衬底以及PZT的附着良好,在±5V测试电压、1MHz测试频率下,存储窗口电压为2.6V左右,与相应的铁电薄膜的正、负矫顽电压差值的比为0.8.对于宽长比为500μm/50μm器件,采用栅极与源极、漏极写入方式,±10V时在写入电压下得到理想的输入-输出特性;小尺寸的40μm/8μm器件在±5V写入电压下特性较好.     

MFIS结构的C-V特性

研究了运用SOL-GEL方法制备的Au/PZT(铅锆钛)/ZrO2/Si结构电容即 MFIS(Metal/Ferroelectric /Insulator/Semiconductor)电容的方法,并对其进行了SEM、C- V特性测试及ZrO2介质层介电常数分析 .研究了C-V存储窗口(Memory Window)电压与铁电薄膜和介质层厚度比的关系,得出MFIS电容结构中最佳铁电薄膜和介质层厚度比为7～10左右 ,在外加电压-5V～+5V时存储窗口可达2.52 V左右 .     

Au/PZT/p-Si结构铁电存储二极管的制备及其性能

采用准分子脉冲激光沉积 (PL D)工艺 ,制备了 Au/ PZT/ p- Si结构铁电存储二极管 .在氧气氛 35 0℃低温沉积、原位 5 30℃快速退火工艺条件下 ,获得了多晶纯钙钛矿结构的 Pb (Zr0 .5 2 Ti0 .48) O3(PZT)铁电薄膜 . PZT薄膜的铁电性能测试显示较饱和的、不对称的电滞回线 ,其剩余极化和矫顽场分别为 13μC/ cm2和 48k V/ cm.从C- V和 I- V特性曲线观察到源于铁电极化的回滞现象 ,记忆窗口约 1.1V,+4 V偏压下电流密度为 3.9× 10 - 6 A/cm2 .     

高P_r/低P_r栅FFET漏极电流与铁电材料特性的关系

分析了对铁电场效应晶体管漏极电流特性有影响的铁电材料参数,设计了具有单层和双层栅介质结构的铁电场效应晶体管,并进行了仿真研究。仿真结果表明:具有高Pr/低Pr栅介质结构的铁电场效应晶体管在饱和极化后,其极化前后输出漏极电流差最大,有利于存储信号的分辨,提高电路的效率。通过改变该结构中低Pr层的Pr,Ec等铁电材料参数,发现在3~4V间饱和极化,该结构的铁电场效应晶体管的漏极电流输出特性比较稳定,减小了对材料、工艺、Ps/Pr及Ec的依赖性和敏感性,具有易于制造和便于电路设计的优点。     

Sol-Gel processing of Nb-doped Pb(Zr,Ti)O3 thin films for ferroelectric memory applications

The ferroelectric properties of Nb-doped PZT thin films prepared by a sol-gel method were evaluated relative to memory device application requirements. Within the range of 0 to 4 mol %, Nb-doping of PZT compositions near the morphotropic phase boundary region (i.e. PZT 53/47) enhanced overall ferroelectric properties by reducing the te-tragonal distortion of the unit cell. A 4 mol % Nb-doped PZT 53/47 thin film (0.26 μm) had a coercivity of 8 V/ μm, a remanence ratio of 0.54, a switchable polarization of 45 μC/cm², and a specific resistivity of 3 x 10⁹ Ω-cm. Nb-doping levels in excess of 5 mol had a detrimental effect on the resulting thin film ferroelectric properties. X-ray diffraction (XRD) analysis of highly doped films showed development of a significant PbO phase accompanied by diffraction line broadening of the perovskite phase. As such, it was postulated that the creation of excessive lead vacancies in the PNZT lattice resulted in PbO accumulation at the grain boundaries which impeded grain growth, and hence, adversely affected ferroelectric switching performance. The fatigue performance of the sol-gel derived thin film capacitor system was a function of switching voltage. At switching fields sufficient to saturate the polarization, the endurance of the thin film capacitor was greater than 10⁹ cycles. Cycling with lower fields reduced endurance values, but in all cases, the switchable polarization decreased linearly with the logarithm of cycles. Nb-doping did not have a significant effect on the fatigue performance.     

不同厚度PZT薄膜的制备及电性能特性研究

采用sol-gel（溶胶-凝胶）法在Pt/Ti/SiO2/Si基底上分别制备了厚度为400nm,600nm,800nm的PZT（锆钛酸铅,Zr/Ti=52/48）薄膜,研究了厚度对薄膜介电性能与铁电性能的影响。通过对薄膜的铁电性能与介电性能进行测试,分析了不同厚度薄膜的剩余极化强度、介电常数与介电损耗;通过对介电调谐率与最大正切损耗的计算,进一步分析了薄膜的介电调谐性能。实验结果表明,薄膜的介电常数与介电损耗随薄膜厚度的增大而增加;厚度为600nm的薄膜具有最好的介电调谐性能与铁电性能。     

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。     

热释电薄膜单片式非致冷红外焦平面阵列的研究

采用改进的溶胶-凝胶(sol-gel)技术,在Pt/Ti/SiO2/Si3N4/SiO2/Si基片上研制出具有优良热释电性能的BST,PLT和PZT铁电薄膜,它们是制备单片式非致冷红外焦平面阵列的优选探测材料。解决了制备热释电薄膜单片式非致冷红外焦平面阵列的关键技术,成功研制出8元、9元、10元线列和8×8元阵列,器件电压响应率(RV)达8.6×103V/W。     

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。     

Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3 memory capacitor on Si with a polycrystalline silicon/SiO_2 stacked buffer layer

Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3(PZT) thin films have been deposited on a p-type Si substrate separated by a polycrystalline silicon/SiO_2 stacked buffer layer.The X-ray diffraction peaks of the PZT thin films prepared on the polycrystalline silicon annealed at different temperatures were measured.In addition,the polarization of the Pt/PZT/polycrystalline silicon capacitor has been investigated.The memory capacitor of the metal/ferroelectric/polycrystalline silicon/SiO_2/semiconductor structure annealed at 650℃...