Au/PZT/BIT/p-Si结构铁电存储-二极管的可靠性

采用脉冲激光沉积（PLD）工艺制备了Au/PZT/BIT/p-Si结构铁电存储二极管. 对该二极管的I-V特性、电容保持特性、疲劳(fatigue)特性和印迹（imprint）特性进行了研究. 结果表明:该铁电二极管的I-V特性表现出明显的单向导电性,表现出类似于Schottky二极管的特性,电流密度在+4 V电压下为6.7×10-8 A/cm²,而在-4 V电压下仅-5.3×10^-10 A/cm²,50℃以下该特性得以良好保持;撤除所施加的5 V偏压后,经10 h观察,电容仅变化5％,二极管具有较好的电容保持特性;在100 kHz, 5 V双极方波加速疲劳下,10⁷次开关极化以后铁电薄膜系统几乎没有显示任何疲劳,经10⁹次极化循环,剩余极化Pr仅下降10％,矫顽电场Ec增加12％;200 W紫外灯光辐照20 min后,尽管剩余极化和矫顽电场均有所变化,并产生了电压漂移(voltage shift),但印迹优值因子FOM约0.2,二极管未出现印迹失效.     

Sol-gel法制备Bi3.25La0.75Ti3O12铁电薄膜

采用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备了Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂ (BLT)薄膜. 制备的BLT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构, 而且表面平整致密. 对700℃退火处理的BLT薄膜进行了铁电性能、疲劳特性和漏电流测试: 在测试电压为10 V时, 剩余极化值2Pr大约是18.6 μC/cm², 矫顽电压2Vc大约为4.1 V; 经过1×10^{10次极化反转后, 剩余极化值下降了大约10%; 漏电流测试显示制备的BLT薄膜具有良好的绝缘性能. 室温下, 在测试频率1 kHz时, 薄膜的介电常数为176, 介电损耗为0.046.}     

Au/PZT/BIT/p-Si结构铁电存储二极管的可靠性

采用脉冲激光沉积(PLD)工艺制备了Au/PZT/BIT/p-Si结构铁电存储二极管.对该二极管的I-V特性、电容保持特性、疲劳(fatigue)特性和印迹(imprint)特性进行了研究.结果表明该铁电二极管的I-V特性表现出明显的单向导电性,表现出类似于Schottky二极管的特性,电流密度在+4V电压下为6.7×10-8A/cm2,而在-4V电压下仅-5.3×10-10A/cm2,50℃以下该特性得以良好保持;撤除所施加的5V偏压后,经10h观察,电容仅变化5%,二极管具有较好的电容保持特性;在100kHz,5V双极方波加速疲劳下,107次开关极化以后铁电薄膜系统几乎没有显示任何疲劳,经109次极化循环,剩余极化Pr仅下降10%,矫顽电场Ec增加12%;200W紫外灯光辐照20min后,尽管剩余极化和矫顽电场均有所变化,并产生了电压漂移(voltageshift),但印迹优值因子FOM约0.2,二极管未出现印迹失效.     

铁电薄膜的漏电行为及其电滞回线形变

采用全耗尽非对称双Ｓｃｈｏｔｔｋｙ垫垒模型，以Ｐｔ／Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３／Ｐｔ／Ｐｔ（Ｐｔ／ＰＺＴ／Ｐｔ）三明治结构铁电薄电容为例，对铁电薄膜的漏电及礤电滞回线形变等进行了分析，详细讨论了由非对称界面引起的薄膜漏电流，平带电压，击穿电压，以及电滞回线的不封闭性，剩余极化和矫顽电场的变化、电滞回线垂直漂移等现象，理论计算与实验结果符合得很好。     

LaNiO3底电极上Bi4Zr0.5Ti2.5O12薄膜的制备及性能

利用Sol-gel法在p-Si(111)衬底上制备了LaNiO₃底电极, 再利用Sol-gel法在LaNiO₃底电极上制备出Bi₄Zr_0.5Ti_2.5O₁₂(BZT)铁电薄膜, 对其微观结构和电学性能进行了研究. 利用X射线衍射仪、原子力显微镜和扫描电镜观测其微观结构, 发现制备的BZT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构, 并且薄膜表面晶粒尺寸均匀, 结晶情况良好. 对Pt/BZT/LaNiO₃电容结构进行了铁电性能研究, 在测试电压为25 V时, 2Pr和2Vc分别达到28.2 μC/cm²和14.7 V; 经过1×10¹⁰次极化反转后, 剩余极化值下降了大约13%; 室温下, 在测试频率1 kHz时, 薄膜的介电常数为204, 介电损耗为0.029; 漏电流测试显示制备的BZT薄膜具有良好的绝缘性能; C-V曲线为顺时针方向回滞, 存储窗口大约为3.0 V, C-V特性测试显示这种Pt/BZT/LaNiO₃结构有望实现极化型存储.     

Sol-gel法制备Bi3.4Ce0.6Ti3O12铁电薄膜及其性能

采用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备Bi_3.4Ce_0.6Ti₃O₁₂薄膜. 利用X射线衍射仪和原子力显微镜对其微观结构进行了观察, 发现制备的薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构, 而且表面平整致密. 对Bi_3.4Ce_0.6Ti₃O₁₂薄膜的介电、铁电、疲劳和漏电流等性能进行了研究, 结果表明: 室温下, 在测试频率1 kHz时, 其介电常数为172, 介电损耗为0.031; 在测试电压为600 kV·cm^-1, 其剩余极化值2Pr达到了67.1 μC·cm^-2, 具有较大的剩余极化值, 矫顽场强2Ec也达到了299.7 kV·cm^-1; 经过4.46×10⁹次极化反转后, 没有发生疲劳现象, 表现出良好的抗疲劳特性; 漏电流测试显示制备的Bi_3.4Ce_0.6Ti₃O₁₂薄膜具有良好的绝缘性能.     

Sol-gel法制备Bi3.25La0.75Ti3O12铁电薄膜及其性能

采用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Bi3.25La0.75Ti3O12 (BLT)薄膜.制备的BLT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构,而且表面平整致密.对700℃退火处理的BLT薄膜进行了铁电性能、疲劳特性和漏电流测试: 在测试电压为10 V时,剩余极化值2Pr大约是18.6 μC/cm2,矫顽电压2Vc大约为4.1 V;经过1×1010次极化反转后,剩余极化值下降了大约10%;漏电流测试显示制备的BLT薄膜具有良好的绝缘性能.室温下,在测试频率1 kHz时,薄膜的介电常数为176,介电损耗为0.046.     

La和Nd掺杂的硅基Bi4Ti3O12铁电薄膜的无疲劳特性及其机理的比较研究

采用优化的溶胶-凝胶（Sol—gel）技术,同一工艺条件下在Pt／TiO2／SiO2／Si衬底上成功地制备了Bi3.25La0.75Ti3O12（BLT）和Bi3.15Nd0.85Ti3O12（BNT）铁电薄膜．X射线衍射（XRD）测试表明BLT和BNT薄膜具有单相的取向随机的多晶微结构;扫描电镜（SEM）的观测显示了这些薄膜具有50～100nm晶粒构成的均匀致密的表面形貌．利用铁电测试仪测定了以Cu为上电极而形成的金属-铁电薄膜-金属结构的电容器的铁电性能,得到了很好的饱和电滞回线．在最大外加场强为400kV／cm时,BLT和BNT薄膜的剩余极化强度（2Pr）和矫顽电场（2Ee）分别为25．1gC／cm^2,203kV／cm和44．2gC／cm^2,296kV／cm．疲劳测试表明,在1MHz频率测试下经过1．75×10^10次读写循环后,由BLT和BNT薄膜组成的电容器几乎没有表现出疲劳,呈现很好的抗疲劳特性．分析比较了La和Nd掺杂对薄膜结构及铁电性能的影响及其机理．     

外电场作用下铁电畴极化反转机制的相场法模拟

采用相场方法模拟了铁电畴的形成及外电场作用下的极化反转,探讨了不同外电场作用下的极化反转机制.结果表明:无外电场作用下,铁电畴的形成是一个形核和长大的过程,系统达到稳定时具有4种铁电畴,其形貌均为平行四边形,其中180°反向畴沿-45°方向规则分布,90°反向畴呈阶梯状规则分布;恒定电场作用下,铁电畴产生90°和180°极化反转,极化方向有利的铁电畴长大,系统达到稳定时,平均极化增加,且恒定电场越大,平均极化越大;交变电场作用下,铁电畴产生极化反转,形成电滞回线和蝶形回线,电场频率或者强度越大,矫顽电场和剩余极化越大,温度越高,矫顽电场和剩余极化越小.     

La和Nd掺杂的硅基Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜的无疲劳特性及其机理的比较研究

采用优化的溶胶-凝胶(Sol-gel)技术,同一工艺条件下在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上成功地制备了Bi3.25La0.75Ti3O12(BLT)和Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)铁电薄膜.X射线衍射(XRD)测试表明BLT和BNT薄膜具有单相的取向随机的多晶微结构;扫描电镜(SEM)的观测显示了这些薄膜具有50~100nm晶粒构成的均匀致密的表面形貌.利用铁电测试仪测定了以Cu为上电极而形成的金属-铁电薄膜-金属结构的电容器的铁电性能,得到了很好的饱和电滞回线.在最大外加场强为400kV/cm时,BLT和BNT薄膜的剩余极化强度(2Pr)和矫顽电场(2Ec)分别为25.1μC/cm2,203kV/cm和44.2μC/cm2,296kV/cm.疲劳测试表明,在1MHz频率测试下经过1.75×1010次读写循环后,由BLT和BNT薄膜组成的电容器几乎没有表现出疲劳,呈现很好的抗疲劳特性.分析比较了La和Nd掺杂对薄膜结构及铁电性能的影响及其机理.     

PT/PZT/PT铁电薄膜的电畴结构与极化保持特性

用Sol-Gel法制备出了具有良好铁电性、纯钙钛矿结构的PbTiO₃/Pb (Zr_0.3Ti_0.7)O₃/PbTiO₃铁电薄膜. 在扫描力显微镜的压电响应模式下, 薄膜电畴压电响应的振幅像和相位像都表现为亮暗(黑白)和灰度衬度. 其复杂的畴衬度可归因于晶粒的结晶取向和畴排列所致. 对于亮暗衬度区域, 对应着极化方向相反的c畴. 灰色衬度区域对应着偏离膜平面垂直方向的c畴. 电场力响应模式下经12 V极化后测得的表面电势图显示, 电畴取向极化后, 薄膜表面将俘获正电荷. 这些俘获的正电荷, 使薄膜表面这一区域呈高电势的亮区. 在不同时间测得的表面电势图和表面电势线扫描信号可看出, 表面势将随着时间的变化而降低, 且强电场极化的区域, 15 min内表面电势下降迅速; 弱场极化的区域表面电势变化缓慢. 说明薄膜的极化保持特性与极化场强有密切的关系, 在合适的电场下, 薄膜极化后将会有较好的保持特性.     

亚微米PZT阵列制备及铁电性能研究

采用感光溶胶-凝胶法, 在ITO/石英基板上制备了具有紫外感光性的PZT前驱溶胶及凝胶薄膜. 利用薄膜自身的感光性, 采用He-Cd紫外激光双光束干涉和二次曝光工艺, 结合有机溶剂溶洗和600℃, 15 min热处理, 制备了点阵周期为1 μm, 阵列格点尺寸为480 nm×480 nm×40 nm的PZT薄膜阵列. 并将原子力显微镜(AFM)和铁电测试仪联用, 采用具有导电涂层的探针, 通过扫描获得铁电阵列的三维图像. 据此图像, 把探针定位于特定的微小格点上, 由铁电仪通过AFM探针提供电压, 并经探针将测试信号反馈给铁电仪, 以获得格点的电滞回线. 结果表明, 亚微米量级的PZT阵点随外电场的变化可以实现极化反转, 表现出明显的铁电特性.     

前驱体中Bi含量对Bi3．4Ce0．6Ti3O12薄膜结构和性能的影响

分别配制了Bi含量为90,100和110mole％的前驱体,在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备Bi3．4Ce0．6Ti3O12薄膜,研究前驱体中Bi含量对其微观结构和铁电性能的影响．前驱体中Bi含量增加可以有效地改善薄膜的结晶性能和表面形貌．对Pt／Bi3．4Ce0．6Ti3O12／Pt电容结构进行电学性能测量,发现Bi过量10％的前驱体制备的Bi3．4Ce0．6Ti3O12薄膜具有较好的性能：室温下,在测试频率1kHz时,其介电常数为172,介电损耗为0．033;在测试电场为600kV／cm时,其剩余极化值（2Pr）和矫顽电场（2Ec）分别达到67．1gC／cm^2和299．7kV／cm;同时还表现出良好的抗疲劳特性和绝缘性能．     

前驱体中Bi含量对Bi_(3.4)Ce_(0.6)Ti_3O_(12)薄膜结构和性能的影响

分别配制了Bi含量为90,100和110mole%的前驱体,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备Bi3.4Ce0.6Ti3O12薄膜,研究前驱体中Bi含量对其微观结构和铁电性能的影响.前驱体中Bi含量增加可以有效地改善薄膜的结晶性能和表面形貌.对Pt/Bi3.4Ce0.6Ti3O12/Pt电容结构进行电学性能测量,发现Bi过量10%的前驱体制备的Bi3.4Ce0.6Ti3O12薄膜具有较好的性能:室温下,在测试频率1kHz时,其介电常数为172,介电损耗为0.033;在测试电场为600kV/cm时,其剩余极化值(2Pr)和矫顽电场(2Ec)分别达到67.1μC/cm2和299.7kV/cm;同时还表现出良好的抗疲劳特性和绝缘性能.