0.9Pb(Sc1/2Ta1/2)O3-0.1PbTiO3/0.65Pb(Mg1/3Nb2/3) O3-0.35PbTiO3 多层薄膜的制备及铁电性研究

以LaNiO3做缓冲层,用射频磁控溅射法在SiO2/Si(100)衬底上制备出0.9Pb(Sc1/2Ta1/2)O3 -0.1PbTiO3/0.65Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.35PbTiO3铁电多层薄膜.采用两步法在峰值温度650℃和700℃对薄膜进行退火.通过电滞回线和漏电流曲线对薄膜的铁电性能进行了测量.研究发现,650 ℃退火的薄膜有较好的铁电性,其剩余极化2Pr=9.5 μc/cm2,矫顽场2Ec=42.2 kV/cm,100 kV/cm场强下漏电流密度为31μA/cm2.700 ℃退火的薄膜铁电性有所下降,2Pr=3.1 μc/cm2,但薄膜却具有很低的矫顽场,2Ec=22.6 kV/cm.分析认为,铁电性的退化与高温下薄膜中异质结间的相互作用及挥发性元素Pb和Mg的损失密切相关.     

(1-x)Pb(Sc_(0.5)Ta_(0.5))O_3-xPbTiO_3弛豫铁电陶瓷介电和压电性能的研究

采用氧化物混合烧结法,在烧结温度为1250℃的条件下,制备了(1-x)Pb(Sc0.5Ta0.5)O3-xPbTi O3弛豫铁电陶瓷,并对其压电性能和介电性能进行了研究.发现在x=0.45时,(1-x)Pb(Sc0.5Ta0.5)O3-xPbTi O3弛豫铁电陶瓷体系具有较好的压电性能和介电性能,实验结果表明该体系的准同型相界应该在x=0.45附近.     

热处理温度对PST铁电薄膜微结构的影响

以Pb(OOCCH3)2·3H2O,Sc(OOCCH3)3·xH2O和Ta(OC2H5)5为原材料,用SolGel方法在Pt/Ti/SO2/Si(100)基片上成功地制备出厚度达1.5μm,无裂纹的PbSc0.5Ta0.5O3(PST)铁电薄膜.对(220)主晶向生长的PST薄膜分别在10～20min、650～800℃范围内进行热处理,结果表明:热处理温度在750℃时,PST薄膜转变为较为完整的ABO3型钙钛矿晶相结构,更高的温度将提高晶粒在(220)方向的取向度.实验发现,最佳热处理条件应为750℃×15min,该条件下制备的PST铁电薄膜呈蓝黑色,表面光亮.     

在LiNaO3基底上制备PZT铁电薄膜及其电性能研究

采用溶胶-凝胶法在LaNiO3/Si衬底上制作Pb(Zr0.5,Ti0.5)O3(PZT)薄膜,研究了退火温度对薄膜结构和性能影响.通过X-ray分析表明,在600℃退火时,PZT薄膜已形成钙钛矿相,且在(100)择优取向的LaNiO3底电极上制备得到了(100)择优取向的PZT薄膜.实验测得以LaNiO3为衬底上的PZT薄膜的剩余极化强度为Pr=26.83μC/cm2,矫顽场Ec=30.43 kV/cm,介电常数为ε=5509,介电损耗为0.203.     

在ITO玻璃衬底上制备钛酸铋铁电薄膜

利用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法在Sn的In2O3导电透明薄膜(ITO)衬底上制备了钙钛矿型Bi4Ti3O12铁电薄膜,研究了退火温度对铁电薄膜结构和性能的影响.X-射线衍射分析表明,经650℃和650℃以上温度退火的薄膜为具有层状钙钛矿型结构Bi4Ti3O12的铁电薄膜.在750℃退火20 min得到Bi4Ti3O12铁电薄膜的剩余极化强度Pr=10μC/cm2,矫顽场Ec=45 kV/cm.     

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     

溶胶-凝胶法制备掺钕钛酸铋铁电薄膜及其性能

采用溶胶-凝胶法在FTO/glass 衬底上制备了Bi4 Ti3O12和Bi3.35Nd0.65Ti3O12 (BNT) 薄膜, 研究了Nd 掺杂对Bi4Ti3O12薄膜的晶体结构、铁电性能和介电常数的影响. XRD 研究表明Nd 掺杂未对薄膜的结晶产生显著的影响.铁电性的测试表明,通过Nd 掺杂,使薄膜的介电性和铁电性得到了增强,剩余极化强度由57.2 μC/cm2 增加到68.4 μC/cm2.     

LSMO缓冲层对PTZT铁电薄膜性能的影响

采用射频磁控溅射法在Pt/TiOx/SiO2/Si基片上制备了以La2/3,Sr1/3 MnO3(LSMO)为缓冲层的Pb1.2(Ta0.01Zr0.3Ti0.69)O3(PTZT)薄膜,研究了LSMO层及沉积温度对PTZT薄膜性能的影响.XRD分析表明直接在基片上和在300℃沉积的LSMO缓冲层上生长的PTZT薄膜均为随机取向,而在600℃沉积的LSMO缓冲层上生长的PTZT薄膜为(111)择优取向.铁电特性分析表明LSMO缓冲层明显改善了PTZT薄膜的性能:在600℃沉积的LSMO缓冲层上制备的PTZT薄膜电容在5V电压(电场约125kV/cm)下具有饱和电滞回线,剩余极化Pr、矫顽场Ec 分别为50.5μC/cm2和55kV/cm;其疲劳特性也得到了显著改善.     

Bi3.15Nd0.85Ti2.97Mg0.03O12薄膜的铁电性能研究

在退火温度为600℃、650℃、700℃和750℃的条件下,采用化学溶液沉积法（CSD）,在Pt/Ti/Si O2/Si（100）基底上制备了4批Bi3.15Nd0.85Ti2.97Mg0.03O12（BNTM）铁电薄膜.同时,研究了退火温度对薄膜结晶性能、表面形貌以及铁电性能（剩余极化和漏电流）的影响.结果表明,经650℃退火处理的BNTM铁电薄膜具有较好的铁电性能,其剩余极化强度（2Pr）和矫顽场（2Ec）分别为37.8μC/cm^2和182.2kV/cm,漏电流密度达到1.61E-7 A/cm^2.     

(Pb,La)TiO_3薄膜的结构与性能

采用溶胶-凝胶技术在La Ni O3/Si衬底上制备不同退火温度(450、500、550℃)、不同La掺量的Pb1-xLaxTi O3(x=0、5%、7.5%、10%)铁电薄膜,利用X射线衍射法对产物进行表征,研究退火温度和La掺量对薄膜性能的影响。结果表明,掺加La有助于Pb Ti O3薄膜的(100)晶面衍射峰增长,随温度升高,薄膜的晶化程度变好,剩余极化强度稍有减小,矫顽电场强度减小,漏电电流密度减小,且介电常数增大;退火温度为550℃时,Pb0.925La0.075Ti O3薄膜的剩余极化强度为35μC/cm2,矫顽电场强度为147 k V/cm,漏电电流密度为10-8A/cm2,介电常数值为487(100 k Hz)。     

BiFeO_3薄膜的so-lgel制备及其铁电性能研究

采用sol-gel方法在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备出了(100)择优取向的BiFeO3薄膜.XRD研究表明,600～650℃退火的薄膜结晶较好.AFM形貌显示,650℃退火的薄膜中等轴状晶粒大小均匀(直径100～150nm),薄膜较为致密.电学性能测量结果表明,650℃退火、厚度为840nm的薄膜的2Pr值为2.8mC/cm2;在50kV/cm外加电场下,漏电流为2.7×10-5 A/cm2.电流-电压特性显示,在欧姆区之上,薄膜的主要导电机制为波尔-弗兰克尔发射导电.     

Bi3.15Nd0.85Ti3O12陶瓷的铁电介电性能研究

采用传统固相反应法制备了Bi3.15Nd0.85TiO12(BNdT)陶瓷.在1 100℃烧结的BNdT陶瓷呈层状钙钛矿结构,致密,晶粒呈扁平状.该陶瓷表现出良好的铁电介电特性,其电滞回线对称,在210 kV/cm测试电场下,剩余极化2Pr和矫顽场Ec分别为45 μC/cm2和67.6 kV/cm.在室温f=100 kHz时,εr=221,tgδ=0.0064.变温介电测试表明居里温度在408℃左右,这一较宽的相变峰,可能是由于氧空位产生的介电弛豫引起的.漏电流测试表明,BNdT陶瓷在低于230 kV/cm电场下,漏电流密度保持在7.5×10-7 A/cm2以下,在低于75 kV/cm电场下,该陶瓷呈现肖特基(Schottky)导电行为.     

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.     

PbTiO3薄膜的非线性光学性质研究

用射频磁控溅射系统在α-Al2O3衬底上制备了具有钙钛矿结构的PbTiO3薄膜. 用光学透射测量方法得到了该薄膜材料的基本光学常数(带隙、线性折射率、线性吸收系数). 利用Z-扫描技术确定的非线性折射系数n2的符号及大小为-2.8×10-7esu,双光子吸收系数为51.8cm/GW.这些结果表明PbTiO3铁电薄膜在非线性光学上具有潜在的应用前景.     

(1-x)PST-xPZT弛豫铁电陶瓷阻抗谱的研究

将具有良好热释电性的Pb(Sc0.5Ta0.5)O3(PST)与Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)复合,制备出了具有钙钛矿结构的(1-x)PST-xPZT(PSTZT)驰豫铁电陶瓷.对极化后的PSTZT样品进行了小信号交流阻抗谱测试,发现PSTZT的交流阻抗谱主要由压电振子谐振圆和部分陶瓷晶粒晶界圆组成.从前者获得了PSTZT全部压电陶瓷参数,从后者推出了晶粒是电阻塞产生的主要原因.     

Ni-Al底电极对偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物铁电薄膜性能的影响

利用磁控溅射法,在Si(100)衬底上制备了不同厚度的非晶导电薄膜Ni-Al底电极,并采用直滴法、退火工艺和掩膜技术,首先制备了偏氟乙烯-三氟乙烯P(VDF-TrFE)共聚物铁电薄膜,并构架了Al/P(VDF-TrFE)/Ni-Al/Si铁电电容器异质结.采用X线衍射仪(XRD)、铁电测试仪(Precision LC unit)等测试手段对薄膜的性能进行了表征.结果表明:Ni-Al薄膜厚度对偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物薄膜的漏电流产生较大影响,当厚度为36 nm时,其漏电流密度达到2.09×10-5A/cm2;所构架的Al/P(VDF-TrFE)/Ni-Al/Si电容器呈现2种漏电机理,在较低的电场范围内,电容器的导电机理为欧姆导电机理,在高电场下为界面肖特基导电机理.     

0.2BiFeO3-0.8Bi4Ti3O12固熔薄膜的电性质

用溶胶-凝胶方法在LaNiO3包覆的Si（111）衬底上制备了BiFeO3掺杂的Bi4Ti3O12薄膜,XRD研究表明薄膜呈完全随机取向,通过BiFeO3的掺杂使Bi4Ti3O12层状钙钛矿的C轴缩短.铁电性测试的结果表明,薄膜的剩余极化强度为2.0μC/cm^2,略小于用溶胶-凝胶方法制备的纯Bi4Ti3O12薄膜的剩余极化强度.漏电流测试结果表明薄膜导电机构满足公式.     

退火对非晶ErAlO高k栅介质薄膜特性的影响

利用射频磁控溅射法在P型Si(100)衬底上成功制备了非晶Er2O3-Al2O3(ErAlO)栅介质薄膜,得到了电学特性优异的薄膜样品,对薄膜的退火研究发现,600℃氧气氛退火可使ErAlO薄膜的介电常数得到了提高并使其漏电流特性也得到改善,退火后样品的有效介电常数达到了15,在-1.5V偏压下,漏电流密度仅为2.0×10-7A/cm2.氧气退火消除了薄膜中原有的缺陷,并使得薄膜更加致密,表面更加平整.     

溶胶-凝胶法制备(Bi, Nd)4Ti3O12铁电薄膜

采用溶胶凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了(Bi, Nd)4Ti3O12铁电薄膜.将薄膜分别进行每一层、每二层、每三层500 ℃空气中预退火10 min，分别称为样品a、b、c，最后都于氮气氛中680℃总退火半小时. 结果表明预退火工艺对薄膜的铁电性能影响很大.样品a、b的铁电性能(2Pr分别为47.8 μC/cm2和51.9 μC/cm2)远远高于样品c(2Pr = 28.7 μC/cm2).三组薄膜都呈现良好的抗疲劳特性.     

Hf0.5Zr0.5O2超薄薄膜铁电性及其晶相演变

超薄Hf0.5Zr0.5O2(HZO)铁电薄膜在低功耗逻辑器件和非易失性铁电存储方面有着巨大的应用潜力.本文制备了不同厚度HZO薄膜，并使用不同退火温度进行处理，在最优温度条件下所制备薄膜的两倍剩余极化强度(2Pr)可达~40 μC?cm-2，其矫顽场(Ec)低至±1.15 MV?cm-1，响应速度明显优于传统铁电材料.研究表明，虽然HZO薄膜正交相(Pca21)与其铁电性有极大关系，但过高的退火温度将导致四方相(P42/nmc)向单斜相(P21/c)转变，从而降低铁电性.本研究为高性能HZO铁电器件的研究提供了参考.