射频磁控溅射制备钛酸锶钡薄膜的研究进展

综述了射频磁控溅射制备钛酸锶钡(BST)薄膜的国内外研究动态,详细阐述了溅射工艺参数(电极、溅射气压、氧分压、温度)对BST薄膜微结构和电性能的影响,提出了射频磁控溅射制备BST薄膜中亟待解决的问题。     

钛酸锶钡(BST)薄膜的制备与应用研究进展

介绍了钛酸锶钡(BST)薄膜的四种制备方法(脉冲激光沉积、磁控溅射、溶胶–凝胶、金属有机化学气相沉积)及BST薄膜在介质移相器、动态随机存储器、热释电红外探测器、H2探测器中的应用等方面的研究进展。提出了需进一步开展的研究课题如:晶粒晶界控制、界面控制、漏电导机制、疲劳机制、非线性效应及大面积高质量薄膜的制备技术等。     

BST铁电薄膜的制备及介电性能研究

通过射频磁控溅射法,采用高温溅射、低温溅射高温退火两种不同的工艺制备了钛酸锶钡(BST)薄膜。分析两种不同的工艺对BST薄膜的结构、微观形貌及介电性能的影响。采用X线衍射(XRD)分析了样品的微观结构。采用扫描电镜(SEM)和台阶仪分别测试了样品的微观形貌和表面轮廓。通过能谱分析(EDS)得到了薄膜均一性的情况。最后通过电容-电压(C-V)曲线测试得到BST薄膜的介电常数偏压特性。结果表明,与低温溅射高温退火工艺制备的BST薄膜相比,高温溅射制备的BST薄膜结晶度好,致密性高,表面光滑,薄膜成分分布较均一。因此,采用高温溅射得到的BST薄膜性能较好。在频率300 kHz时,采用高温溅射制备的BST薄膜介电常数为127.5～82.0,可调谐率为23.86%～27.9%。     

钛酸锶钡纳米粉体与陶瓷的制备及性能

以低成本钡、锶的碳酸盐替代醋酸盐为原料,采用溶胶-凝胶法制备了Ba0.6Sr0.4TiO3超细粉体,成型后分别在1 300℃和1 330℃下烧结成瓷。采用DTA-TG、XRD、SEM、精密电感电容电阻数字电桥(LCR)测试仪分别对凝胶的晶化过程、粉体的物相结构、烧结体的晶粒形貌、陶瓷的介电性能进行了测试分析。结果表明,在750℃可合成出平均晶粒尺寸为20 nm的立方相Ba0.6Sr0.4TiO3粉体;其陶瓷烧结体的介电损耗在室温附近可降低约至0.002,且温度稳定性良好;随着陶瓷晶粒平均尺寸的降低,居里温度向负温方向移动,其介电峰有弥散化趋势;外加直流电场为10 kV/cm时样品的介电可调谐性可达65%。     

钛酸锶钡(BST)薄膜的XPS研究

采用射频磁控溅射法在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备了BaxSr1-xTiO3(BST)薄膜,对BST／Pt／Ti／SiO3／Si结构进行了XPS深度分析。研究结果表明：制备的BST薄膜内部化学成分基本一致;氧缺位在薄膜体内比表面更严重)Pt底电极向薄膜、衬底之间扩散,BST／Pt及Pt／SiO2之间存在明显的界面过渡层。     

射频磁控溅射法制备BST薄膜及性能研究

采用射频磁控溅射法制备了钛酸锶钡薄膜材料,研究了薄膜的晶体结构和微观形貌,测试了其偏压特性曲线和电滞回线。初步探讨了εr-E曲线、电滞回线发生平移的原因：上下电极与钛酸锶钡薄膜间的界面势垒不对称。     

溅射法制备BST纳米薄膜电学性能的研究

采用射频磁控溅射与微细加工技术,制得Cu/BST/Pt/Ti/SiO2/Si的MIM(金属-绝缘体-金属)微电容结构。研究了不同退火时间、薄膜厚度对钛酸锶钡(BST)纳米薄膜介电常数和漏电流密度的影响,结果表明,随着退火时间的延长,BST纳米薄膜结晶度提高,介电常数增加,退火30 min的纳米薄膜具有最高的介电常数和较小的漏电流密度。同时还得出介电常数随薄膜厚度的减少而减少,在0.1 MV/cm下,90 nm和50 nm薄膜的漏电流密度分别为5.35×10-8A/cm2和6×10-6A/cm2。     

BST薄膜的微结构研究

采用射频磁控溅射法在 Pt/Ti/SiO2/Si 衬底上制备了钛酸锶钡(BST)薄膜。利用 X 射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)分别研究了 BST 薄膜的成分、晶体结构。用优化的成膜工艺制备出成分与靶材基本一致,具有钙钛矿结构的 BST 多晶薄膜。利用扫描力显微镜中的压电模式(PFM)观察到了 BST 薄膜中的 a 畴和 c 畴,初步确定在 BST薄膜中多畴转变为单畴的临界尺寸为 28~33 nm。     

钛酸锶钡薄膜的电子显微研究

传统的硅工业一直按照摩尔定律的预测在向高集成度发展。动态随机存储器的存储密度也需要不断的提高 ,也就是要求同样的信息存储在更小的面积内。传统的方法是通过不断地减小介电层 (非晶ＳｉＯ2 )的厚度来满足动态随机存储器向高集成度发展的要求的。然而 ,当电介质的厚度小到一定程度后 ,电子的隧道穿透效应将会使该器件无法工作 ,这个厚度就是它的极限厚度。约 80年代末期 ,人们开始普遍的关注到这个极限的到来 ,并开始寻找解决的途径。其中最有希望的途径就是利用高介电系数的电介质替换低介电系数的ＳｉＯ2 ,也就是通过提高电介质的介…     

微波烧结钛酸锶钡陶瓷材料的介电性能

采用碳酸盐固相合成法制备Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)粉体,应用微波烧结技术将粉体烧结成陶瓷。对样品的介电性能进行了测试,研究分析了材料的介电性能,并与传统制备工艺获得的样品进行了性能对比。结果表明:微波烧结成瓷温度和时间较传统制备工艺大大降低,分别为1 300℃和30 min,可以获得晶粒尺寸5μm以下的BST陶瓷;材料的εr变化不大,但tanδ大幅降低。     

磁控溅射法制备BST铁电薄膜的实验研究

采用射频磁控溅射法在Si和Pt/TiOx/SiO2/Si衬底上沉积了(Ba0.65Sr0.35)TiO3铁电薄膜,研究了BST铁电薄膜微观结构和介电性能。实验结果表明:衬底温度在550℃,工作气压为2.0 Pa的溅射条件下沉积的BST薄膜,经750℃退火处理30 min后,形成了完整的钙钛矿相;与Si衬底相比,在Pt衬底上制备的BST薄膜晶粒更均匀、表面平整无裂纹。在室温、频率为100 kHz条件下薄膜的介电常数ε=353.8,介电损耗tanδ=0.012 8。介电温谱结果表明制备的(Ba0.65Sr0.35)TiO3铁电薄膜居里温度在5.0℃左右。     

稀土氧化物掺杂对Ba0.6Sr0.4TiO3-MgO复合物结构及微波介电性能的影响

研究了不同质量分数(0~1.5%)的各种稀土氧化物对Ba0.6Sr0.4TiO3(40%)-MgO(60%)陶瓷微观结构和介电性能的影响.研究表明,大半径的稀土离子掺杂能有效降低材料的介电常数并提高品质因数;而小半径的稀土离子掺杂则会提高材料的微波介电损耗.当掺杂量超过0.2%时,所有样品的调谐率都随着添加量的增加而下降.与未掺杂的BST-MgO相比,0.2%稀土掺杂样品的调谐率变化规律及机理随掺杂物的不同而不同:Nd2O3和Yb2O3 掺杂样品中调谐率的大幅度升高归因于结电容的贡献,Sm2O3 掺杂样品调谐率的下降主要由MgO晶粒的聚集所致,而Y3+同时占据A位和B位引起了样品调谐率的下降.研究发现在BST-MgO中添加具有大离子半径的稀土氧化物(如La2O3、CeO2、Nd2O3、Sm2O3)并优化其添加量,能满足铁电移相器等微波调谐器件的要求.     

射频磁控溅射ZnO薄膜的微结构与光学特性

研究了膜厚对ZnO薄膜微结构和光学性能的影响。采用射频磁控溅射法在单晶硅(111)和玻璃基片上制备了不同厚度的ZnO薄膜。通过X射线衍射、原子力显微镜和紫外可见光谱对薄膜进行了表征。结果表明薄膜结晶性能良好,在(002)晶面具有明显的c轴取向。随着薄膜厚度的增加,透射率下降,吸收边红移,禁带宽度逐渐减小。     

RF反应磁控溅射纳米晶ZnO薄膜的XRD和XPS研究

采用RF反应磁控溅射沉积ZnO薄膜,沉积完成后对薄膜进行氧气氛下的原位退火处理。薄膜的结晶状况和化学成分分别采用XRD和XPS进行分析。结果表明,该薄膜为结晶性能良好的纳米晶薄膜,具有高度的C轴取向性。薄膜的主要成分为ZnO,不存在金属态Zn。采用文中的工艺方法可获得较高质量的纳米晶ZnO薄膜。     

RF磁控溅射法原位制备C轴择优取向ZnO薄膜

采用RF磁控溅射法在玻璃衬底上原位低温生长ZnO薄膜.生长出的薄膜对可见光具有高于90%的透射率,该薄膜具有良好的C轴取向.利用X射线衍射(XRD)的测试结果,分析了溅射工艺条件如衬底温度、氩氧比和溅射气压等对薄膜性能的影响,得到最佳的生长工艺条件为:衬底温度300 ℃,溅射气压1 Pa,氩氧比为25 sccm∶15 sccm.在此条件下生长的ZnO薄膜具有良好的C轴择优取向,并且薄膜的结晶性能良好.采用这种方法制备的ZnO薄膜适合用于制备平板显示器的透明薄膜晶体管和太阳电池的透明导电电极.     

热处理对(Ba,Cd)TiO3纳米粉体制备的影响

从Ba（CH3COO）2-CA（NO3）2-Ti（OC4H9）-H2O-CH3COOH--CH3CH2OH体系,采用溶液．溶胶-凝胶法研究多层陶瓷电容器用（Ba1-xCAx）TiO3（x=0．05）（BCT）超细粉体的制备。利用热重差热分析仪（TG--DSC）研究BCT前驱体干凝胶加热过程中各阶段的反应历程。借助X射线衍射（XRD）、比表面积测定仪研究了热处理温度对BCT粉体的物相组成、晶粒尺寸、比表面积等的影响。得到晶相单一、颗粒尺寸在35-40nrn左右、比表面积为12．9m^2／g的BCT超细粉体。     

(Sr,Pb)TiO3的自燃烧合成及性质

用自燃烧法合成了／单相（Ｓｒ,Ｐｂ）ＴｉＯ３,用ＴＧ、ＤＴＡ、ＸＲＤ、ＴＥＭ等手段分析了干凝胶自燃烧的反应过程,测量了粉末的晶粒尺寸,测试了（Ｓｒ,Ｐｂ）ＴｉＯ３的居里温度。结果表明,自燃烧法合成的（Ｓｒ,Ｐｂ）ＴｉＯ３陶瓷粉末的晶化温度为４１８℃。在５００～７００℃分别煅烧燃烧灰烬１ｈ,得到晶化的微细均匀的陶瓷粉末。５００℃的煅烧产物为主相,一次颗粒约为３０ｎｍ,其他温度煅烧的产物均为中方相,一     

SrBaNb-SrBaTi复合陶瓷的制备和介电性能研究

采用传统固相反应法分别制作了SrxBa1–xNb2O6(x=0.3,0.4,0.5,0.6)和Sr0.6Ba0.4TiO3单相陶瓷以及两相混合的复合陶瓷。结果表明,该制备方法简单,能够精确控制复合陶瓷中SrxBa1–xNb2O6和Sr0.6Ba0.4TiO3的组分含量,其中Sr0.6Ba0.4Nb2O6与Sr0.6Ba0.4TiO3按摩尔比1∶1混合所得复合陶瓷样品的介电温度特性最佳,10kHz下在25～60℃温度范围内αε为3.224×10–7,tanδ小于0.7×10–2。