采用修正的溶胶-凝胶技术制备PZT铁电薄膜

采用一种修正的溶胶-凝胶技术制备出Pb[Zr0.52Ti0.48]O3（PZT）铁电薄膜.对溶胶的整个制备过程进行了红外透射光谱分析,对制备的铁电薄膜结构和性能进行了表征.由XRD图可以看出,退火温度在600℃以上时,薄膜结构为纯的钙钛矿结构.由P-E曲线可以看出,经600℃退火处理的PZT薄膜具有良好的铁电性能.     

基于DSP的铁电薄膜参数测试系统设计

介绍了铁电薄膜电滞回线测试原理和漏电流失真补偿算法,重点对该算法在测试系统中的应用进行了研究.用改进后的测试系统对Pb(ZR0.53Ti0.47)O3(PZT)铁电薄膜进行了测量,结果表明:改进后的测试系统能精确显示铁电薄膜的电滞回线曲线.     

运用Sawyer Tower电路测试薄膜铁电性能

声表面波煤矿瓦斯传感器是一种新型瓦斯传感器,PZT基高压电铁电薄膜是该类传感器制备的理想功能材料,铁电性作为PZT基铁电薄膜的另一个重要性能对传感器的工作特点和稳定性具有重要影响。因而,测试并掌握具有高压电性铁电薄膜的铁电性也是器件材料表征的一项重要工作。采用Sawyer Tower电路原理,自主设计铁电测试电路,制备PZT基铁电薄膜,并利用该电路测试薄膜的铁电性。由实验结果可知,自主设计的Sawyer Tower电路能简便、有效、准确和直观的测试薄膜的铁电性能,有望广泛应用于薄膜铁电性能测试及研究。     

测试频率对钕掺杂钛酸铋铁电薄膜极化反转疲劳特性的影响

首先介绍了铁电薄膜极化反转疲劳特性测试原理,然后研究了Bi3.54Nd0.46Ti3O12(BNT)铁电薄膜在不同测试频率下的极化反转时的疲劳特性.采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了BNT薄膜,发现其极化反转时的疲劳特性与外加测试频率之间存在着极强的依赖关系.研究表明BNT薄膜抗疲劳特性随测试频率减小而变差.在外加反转电场强度为2倍矫顽场强时,测试频率分别为50 kHz、100 kHz和1 MHz的情况下,经过6.7×108次极化反转后,薄膜的剩余极化值分别下降了36.1%、16.9%和7.1%.在相同条件下,测试了目前铁电存储器用的PbZr0.52Ti0.48O3(PZT)薄膜的疲劳特性,并与BNT的相比较,发现BNT薄膜的抗疲劳特性要明显优于PZT薄膜.文中对上述实验现象作了初步的解释.     

钛含量对PZT/STO铁电电容器隧穿电阻的影响

采用Landau-Devonshire自由能理论和晶格模型,研究了PbZr1-xTixO3(PZT)/SrTiO3(STO)复合薄膜中PZT的钛(Ti)含量(x=0.5,0.6,0.8,1.0)对铁电隧道结极化强度、总电势、电导和隧穿电阻等的影响,从而增大隧穿电阻.模拟结果表明:随着层数增加,复合薄膜极化强度增大;随着Ti含量增加,隧道结电导先减小后增大,其隧穿电阻率先增大后减小;PZT极化强度、STO总电势和PZT总电势的斜率均在x=0.8时最大.     

PZT铁电薄膜的射频磁控溅射制备及其性能

实验采用射频磁控溅射工艺,在较低的衬底温度(370℃)、纯Ar气氛中和在(111)Pt/Ti/S iO2/S i衬底上用陶瓷靶Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)制备具有完全钙钛矿结构的多晶PZT(52/48)铁电薄膜,沉积过程中基片架作15°摇摆以提高膜厚的均匀性,然后在大气环境中对沉积的PZT薄膜进行快速热退火处理。用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)和Auger电子能谱(AES)测量其组分,X射线衍射仪(XRD)分析PZT薄膜的相结构和结晶取向,RT66A标准铁电测试系统分析Pt/PZT/Pt/Ti/S iO2/S i电容器的电学特性。结果表明:PZT铁电薄膜具有较高的剩余极化(Pr=44.9μC/cm2)和低的漏电流(10-8A量级)。     

脉冲激光沉积法制备的Pb(Zr0.4Ti0.6)O3铁电薄膜漏电机理

利用准分子脉冲激光器在Pt/Ti/SiO2/Si(111)衬底上制备了Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT)铁电薄膜.利用掩膜技术,采用磁控溅射法在PZT薄膜上生长Pt上电极,构架了Pt/PZT/Pt铁电电容器异质结.采用X射线衍射和电容耦合测试技术分别表征了PZT铁电薄膜的微结构和电学性能.研究发现:在5 V的测试电压下,在560℃较低的沉积温度下生长的PZT薄膜电容器的剩余极化强度为187 C/m2、矫顽电压为2.0 V、漏电流密度为2.5×10-5A/cm2.应用数学拟合的方法研究了Pt/PZT/Pt的漏电机理,发现当电压小于1.22 V时,Pt/PZT/Pt电容器对应欧姆导电机理;当电压大于2.30 V时,对应非线性的界面肖特基传导(Schottky emission)机理.     

硅基PZT薄膜的制备与工艺损伤

以 Pb Ti O3(PT)作为种子层 ,在 Si衬底上用改进的溶胶凝胶法制备了 PZT薄膜 ,并用 RIE法刻蚀形成 MFM(金属铁电层金属 )结构的电容 ,以用于铁电随机存取存储器 (Fe RAM)中。测得 PZT薄膜相对介电常数、矫顽场和剩余极化强度分别为 10 0 0 ,30 k V/ cm和 16 μC/ cm2 ,漏电流在 0 .1n A / cm2 量级 ,达到 Fe RAM的应用要求。铁电膜与CMOS电路集成时对铁电膜的铁电性可能造成的工艺损伤(如刻蚀损伤、氢损伤和应力损伤等 )的物理机制进行了初步研究和讨论 ,并提出了一些初步的解决途径     

铁电薄膜的制备及其在器件中的应用

综述了铁电薄膜研究的新进展，分析了铁电薄膜不同制备方法的优缺点。重点介绍了铁电薄膜在铁电存储器及热释红外探测器方面的应用。指出了目前铁电薄膜及器件设计研究需要重点解决的一些问题。     

MFS结构铁电薄膜C-V特性的研究及界面电位降的计算

利用准分子激光原位淀积方法制备了BIT／PZT／BIT,PZT／BIT和BIT层状铁结构电薄膜,借助HP4192A低频率阻抗分析仪对样品的C—V特性进行了测试,用半导体理论讨论了金属—铁电薄膜—半导体（MFS）结构的电容电压（C—V）特性,由C-V曲线理论算出界面电位降Vi,结果表明,界面电位降与测量电容、薄膜电容及耗尽层电容有关．在三种结构中,BIT／PZT／BIT结构的界面电压降为最小,其界面效应优于单层和双层结构的界面效应．     

梯度铁电薄膜热释电性质的理论研究

为了探讨提高铁电薄膜热释电性质的理论途径,建立组分梯度铁电薄膜的理论模型,在热力学唯像理论的框架下,引入一个分布函数描述组分梯度的特性,通过改变参数a、外电场的强度及方向等因素,重点研究了组分梯度铁电薄膜的热释电性质.研究表明:薄膜内各组分的梯度分布导致了极化强度的梯度分布;参数a和所施加外电场的情况是影响铁电薄膜性质的两个重要因素,对改变热释电材料的工作温区和探测灵敏度都有显著影响,该论文的研究为铁电薄膜热释电器件的制备及实际应用提供了理论参考依据.     

钙钛矿型铁电薄膜结构及性能的应变调控

铁电薄膜具有铁电、压电、热释电、光伏效应等多种特性,在换能器、驱动器、传感器、能量收集器、太阳能电池等功能器件中具有广阔的应用前景.铁电薄膜沉积在衬底上,其性能与衬底的约束引起的应变密切相关.如何利用衬底调控铁电薄膜的应变,进而调控其极化状态,是显著提高其性能的关键.综述了近年来利用应变工程调控铁电薄膜性能的研究进展及需要解决的问题.     

人工复合铁电多层膜热释电性质的理论研究

建立3种具有不同相变温度的铁电材料垂直于极化方向复合而成的铁电薄膜的理论模型,在ginzburg-landau-devonshire (GLD)唯象理论的框架下展开研究,同时引入局域分布函数来描述不同材料间过渡层的性质,主要研究了复合铁电薄膜的热释电性质.通过改变3种不同铁电材料的复合方式,计算了铁电多层膜内部的极化强...     

热释电薄膜在红外探测器中的应用与研究进展

探讨了热释电效应及热释电薄膜红外探测器的工作模式,特别是探测器单元对热释电薄膜的材料与低温生长要求.为了克服薄膜生长过程中较高的基片温度对ROIC的破坏性影响,一方面发展了离子束辅助沉积、外延缓冲层等多种低温生长技术;另一方面发展了复合探测器结构设计,已研制出了性能良好的铁电薄膜非制冷红外焦平面阵列,其NEDT可达20 mK.     

非理想表面层对一级相变铁电薄膜性质的影响

应用Ginzburg-Landau-Devonshire(GLD) 理论研究了 非理想表面对夹持在两个金属电极间的一级铁电薄膜性质的影响. 结果表明, 非理想表面层的存在降低了一级铁电薄膜的铁电相变转变温度, 当两个表面层不对称时, 铁电薄膜的电滞回线失去了中心对称性.     

Critical thickness for ferroelectricity in perovskite ultrathin films

The integration of ferroelectric oxide films into microelectronic devices, combined with the size reduction constraints imposed by the semiconductor industry, have revived interest in the old question concerning the possible existence of a critical thickness for ferroelectricity. Current experimental techniques have allowed the detection of ferroelectricity in perovskite films down to a thickness of 40 A (ten unit cells), ref. 3. Recent atomistic simulations have confirmed the possibility of retaining the ferroelectric ground state at ultralow thicknesses, and suggest the absence of a critical size. Here we report first-principles calculations on a realistic ferroelectric-electrode interface. We show that, contrary to current thought, BaTiO3 thin films between two metallic SrRuO3 electrodes in short circuit lose their ferroelectric properties below a critical thickness of about six unit cells (approximately 24 A). A depolarizing electrostatic field, caused by dipoles at the ferroelectric-metal interfaces, is the reason for the disappearance of the ferroelectric instability. Our results suggest the existence of a lower limit for the thickness of useful ferroelectric layers in electronic devices.     

Soft-mode hardening in SrTiO3 thin films

Understanding the behaviour of the dielectric constant in ferroelectric thin films remains a challenging problem. These ferroelectric materials have high static dielectric constants, and so are important for their applications in high-storage-density capacitor structures such as dynamic random access memory (DRAM). But the dielectric constant tends to be significantly reduced in thin films, thereby limiting the potential benefit of ferroelectrics for memory devices. Extensive studies have shown that this phenomenon could be caused by a 'dead layer' of very low dielectric constant between the ferroeletric film and the electrode. And, although very few direct measurements are in fact available, it has been recognized that the lattice dynamical properties in the thin films should also play a key role in the reduction of the dielectric constant. Here we report far-infrared ellipsometry and low-frequency dielectric measurements in SrTiO3 thin films, which demonstrate that the Lyddane-Sachs-Teller relation between the optical-phonon eigenfrequencies and the dielectric constant is fully maintained, as is the case in the bulk material. This indicates that the dramatic reduction of the dielectric constant is a consequence of a profound change of the lattice dynamical properties, in particular of the reduced softening of its lowest optical-phonon mode. Our results therefore provide a better understanding of the fundamental limitations of the dielectric constant values in ferroelectric thin films.     

Co和Nb掺杂PZT铁电薄膜的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法在LaNiO3／Si衬底上制备了PbCoy（Zrx，Ti1-x）O3（PCZT）与PbCoyNbx（ZrxTi1-x）O3PCNZT）铁电薄膜，实验发现钴掺杂PZT比例为12mol％时，PCZT薄膜具有优良的铁电性和介电性，但是漏电流较大．为了能够很好地弥补PCZT薄膜漏电流太大的缺点，在12mol％Co掺杂的PCZT薄膜中掺入不同比例的Nb（在1mol%～10mol％掺杂范围内），实验结果表明，Nb掺杂比例越大，PCNZT薄膜的漏电流越小，但同时Nb掺杂减小了PCZT薄膜的剩余极化强度和介电常数．     

PLZT铁电薄膜的制备及其性能

在温度为97℃,水浴回流10h的条件下,用旋涂法在Si（100）基底上,通过改变溶胶的滴加量、转速、升温速率、煅烧温度及保温时间,制备出性能良好的PLZT铁电薄膜,并用精密阻抗分析仪（PIA）对其介电性能进行测试,研究发现：PLZT铁电薄膜未被击穿时,随着测试频率厂的提高电容逐渐减小,而介电损耗会出现突变,在测试频率达到1MHz时,介电损耗一次突变;当PLZT铁电薄膜被击穿时,随着测试频率厂的升高,介电损耗会逐渐增大,在外场频率达到1MHz时开始减小,当膜被击穿后,电感将不可恢复,而材料的电容具有恢复特征,随着测试频率的升高,电容在逐渐减小．