铁电薄膜材料生长及特性

当今高度信息化社会对光电子器件提出了小型、高速、大容量、高集成、多功能等诸多要求.铁电薄膜(ferroelectricthin films)材料具有优良的铁电、压电、热释电、电光、声光、高介电常数和非线性光学光折变等效应,可以单独利用上述效应制作不同的功能器件,也可以综合利用多个效应制作多功能新型光电子器件,广泛地应用于存储器、传感器、光集成、光波导、热释电探测和微机械等领域.薄膜制备技术和半导体集成技术的快速发展,使铁电薄膜材料与半导体材料的集成成为可能,也对铁电薄膜材料的制备技术提出了更高的要求.     

薄膜内应力与温度特性的研究

本文论述了薄膜应力快速测量系统中测温系统的设计原理及数据的处理方法，倒置了簿膜内应力与温度变化的关系曲线，从而计算出簿膜的热膨胀系数和复合弹性模量。     

PLT铁电薄膜的漏电流与I—V特性的研究

室温下在ＭＯＤ法制备的ＰＬＴ铁电薄膜的样品上，观察不同电场强度下电流随时间的变化，根据电流的变化情况，把电场划分为弱、中、强三个区间。在弱场下，电流随时间的变化可用幂指数的衰减来模拟，而且衰减系数随场强的增加有减小的趋势。在中强场时，电流随时间在水平方向上上下波动。在强场下，电流随时间在波动的同时不断增大。因此在对不同区间电流随时间变化Ｉ（ｔ）曲线分析的基础上，确定某一电场强度下的漏导电流，作出了Ｉ－Ｖ曲线。同时发现不同配方，在相同工艺条件下的样品，其弱、中、强场的数值区间是不一样的，因此作出的Ｉ－Ｖ曲线也有所区别。对非欧姆区的导电机理用空间电荷限制电流（ＳＣＬＣ）模型和晶界限制电流（ＧＢＬＣ）模型来解释，同时对样品正向与反向的导电机理进行了对比研究。而且对热释电电流测量中有指导意义的薄膜充电后缓慢的放电过程进行了观察和分析     

红外光学薄膜材料折射率温度特性的研究方法

红外光学系统中靠近探测器的光学元件通常处于低温环境中,低温环境会使得光学元件表面薄膜的透射光谱发生漂移,进而严重影响红外光学系统的成像质量。研究发现光谱漂移是由于系统中红外光学薄膜的折射率发生了改变。论文针对红外光学薄膜材料折射率温度特性开展了研究,在光学薄膜理论基础上,通过分析几种波长色散模型的特点,提出了一种红外光学薄膜材料折射率温度特性的研究方法。该方法基于不同温度测得的透射率光谱,通过光谱反演得到不同温度条件下光学薄膜材料的折射率,并在Cauchy色散模型的基础上,通过数据拟合分析,能够得到红外光学薄膜材料的折射率温度/波长色散公式。采用该方法对PbTe、Ge两种典型红外光学薄膜材料折射率温度特性进行了分析研究,验证了该方法的可行性。     

氧化锌薄膜热退火特性的研究

对退火前后氧化锌薄膜的结构特性、化学组分及化学价态，以及缺陷特性进行了详尽的研究，结果表明，低温热退火是改善氧化锌薄膜结构特性、化学组分及化学价态，并且减少缺陷的良好方法。     

铁电薄膜材料I-V特性的测量

介绍了测量铁电材料Ｉ－Ｖ特性的原理和电路,并对ＰＹＺＴ铁电薄膜试样进行了电滞回线和Ｉ－Ｖ特性的测量,指出铁电材料具有其特有的Ｉ－Ｖ特性曲线。因此,有无铁电体Ｉ－Ｖ特性曲线不仅可以判断该材料是否为铁电体,还可判断铁电材料性能的好坏,如极化强度和矫元场大小,对称性等。     

用于MFIS的ZrO_2薄膜的制备及特性研究

新型不挥发非破坏性读出铁电存储器金属 /铁电 /半导体器件结构中 ,存在着铁电薄膜与半导体衬底之间相互扩散、离子陷阱密度高、铁电薄膜难于直接淀积在硅衬底上、电荷注入等问题 ,因此在铁电薄膜与半导体之间增加一层合适的介质材料作为阻挡层是制备不挥发非破坏性读出铁电存储器的关键。文中研究了运用 SOL- GEL方法制备 Zr O2 介质层的方法 ,并且对制备的介质层的成份、结构、电特性进行了分析 ,为研制 MFIS作了准备。     

Au/BIT/PZT/BIT/p-Si(100)存储器

利用准分子激光原位淀积方法制备了BIT／PZT／BIT，PZT／BIT和BIT层状铁电薄膜，获得了电流密度－电压（I－V）回线和极化强度P－V电滞回线。在这三种结构中，Au/BIT/PZT/BIT/p-Si(100）结构的界面电位降、内建电压及频率效应是最小的。在电压转变电VT、饱和极化强度Ps及矫顽场Vc之间有三种关系，他们与I－V回线及P－V回线的关系相匹配，这种匹配关系使得以I－V回线操作的存储器将能够非挥发和非破坏读出及具有保持力。     

激光制备多层铁电薄膜的C—V保持特性研究

采用脉冲准分子激光工艺在Ｓｉ（１００）单晶基片上，成功地淀积了ＢＩＴ、ＰＺＴ／ＢＩＴ和ＢＩＴ／ＰＺＴ／ＢＩＴ等多层结构的铁电薄膜。通过测量金属／ＢＩＴ／ＰＺＴ／ＢＩＴ／Ｓｉ多层结构的非回线型Ｃ－Ｖ特性曲线、电容与保持时间的关系，发现三层ＢＩＴ／ＰＺＴ／ＢＩＴ薄膜具有很好的电容保持特性，是铁电场效应晶体管的理想栅极材料     

退火温度对ZnO/PZT薄膜结构及电阻率的影响

采用射频反应磁控溅射法在Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)/Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了ZnO薄膜,利用X线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、霍尔效应测试系统等对不同退火温度下制备薄膜的结构、形貌及电阻率等进行了分析表征。结果表明,退火温度600℃的ZnO薄膜(002)择优取向较好,晶粒大小均匀,表面平整致密。随着退火温度的增大,电阻率先下降后升高,600℃时ZnO薄膜电阻率达最小。     

脉冲激光沉积法制备PZT铁电薄膜及衬底温度对膜的影响

采用脉冲激光沉积法在Si(10 0 )衬底上制备了Pb(Zr0 .52 Ti0 .4 8)O3 铁电薄膜 ,并用X射线衍射 (XRD) ,扫描电镜 (SEM )对其结构、形貌以及结构随沉积时衬底温度的变化进行了研究。由脉冲激光制备薄膜的机制出发 ,从PbO ,ZrO2 和TiO2 熔融体的化学反应及应力造成能量释放引起的相变两方面分析了铅基铁电薄膜制备时衬底温度的影响。     

YMnO_3薄膜的铁电性能及其应用

对金属 -铁电体 -半导体场效应晶体管器件而言 ,具有六方晶系结构的稀土锰酸盐 ( Re Mn O3)是性能优良的薄膜材料 ,它们的介电常数低 ,仅仅只有单一的极化轴 ,没有挥发性的元素 Pb、Bi等。本文作者对 Re Mn O3材料的结构特征、制备方法及其铁电性能等进行了介绍 ,并指出存在的困难及其发展方向。     

硅基PZT铁电薄膜的界面和表面研究

用高分辨岸民镜等手段研究了溶胶－凝胶（Ｓｏｌ－Ｇｅｌ）工艺制备的硅基Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）铁电薄膜,发现在ＰＺＴ的上表面生成了ＳｉＯ２,ＰＺＴ与硅衬底的界面处形成了无定型的ＳｉＯｘ层并有铅的沉积,而且热处理温度越高,这种现象越显著。这些结构严重影响了ＰＺＴ铁电薄膜的品质及其应用。在分析上述结构产生机制的基础上提出了Ｓｏｌ－Ｇｅｌ工艺的改进方法。     

镧钛酸铅铁电薄膜的性能与热处理工艺的关系

比较了快速热处理、传统热处理、快速与传统结合热处理镧钛酸铅铁电薄膜的微观形貌、介电、铁电性能、Ｉ－Ｖ以及Ｃ－Ｖ特性。讨论了不同热处理工艺的特点。研究表明，快速与传统结合热处理薄膜具有较大的晶粒尺寸和较大的剩余极化强度，Ｉ－Ｖ特性偏离欧姆定律，具有压敏电阻特性，Ｃ－Ｖ曲线具有较尖锐的非线性峰。     

金属/SiO2/Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜的J-V特性

采用sol-gel方法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Bi4Ti3O12铁电薄膜。测试了其在直流电场下流过铁电薄膜的漏导电流J-V特性。测量结果显示正向漏电流明显小于负向漏电流。并讨论了金属–铁电薄膜所形成的整流接触特性,以及金属/SiO2/Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜系统在不同电压范围(0~±6V)的导电机制。     

脉冲激光沉积技术沉积温度对PZT/LSAT薄膜生长取向的影响

采用固相法分别制备了标准摩尔配比和铅过垦10%的两种靶材.并利用脉冲激光沉积技术(PLD)在镧锶铝钽(LaSrAlTaO3,LSAT)单晶衬底上成功制备了锆钛酸铅(Pb(Zr0.3Ti0.7)O3,PZT)铁电薄膜,在550～750℃沉积温度范围内研究了PZT薄膜的生长取向和铅含最对薄膜生长取向的影响.利用X射线衍射(XRD)仪和原子力显微镜(AFM)表征了薄膜生长取向和表面形貌.XRD测量表明在标准摩尔配比情况下薄膜牛长从550 C近似c轴取向逐渐过渡到750℃近似a轴取向,而在铅过量情况下薄膜生长取向无明显过渡性变化;AFM测量表明PZT薄膜在近似C轴和a轴生长情况下,表面均方根(RMS)粗糙度分别为16.9 nm和13.7 nm,而在混合生长无择优取向的情况下,薄膜表面均方根粗糙度达到68 nm,这可能是两种取向竞争生长的结果.