高介电常数HfAlO氧化物薄膜基电荷俘获型存储器件性能研究

利用原子层沉积方法制备了高介电常数材料(HfO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜基电荷俘获型存储器件,并对器件的电荷存储性能做了系统研究.利用高分辨透射电子显微(HRTEM)技术表征了(HfO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜的形貌、尺寸及器件结构.采用4200半导体分析仪测试了存储器件的电学性能.研究发现,存储器件在栅极电压为±8V时的存储窗口达到3.5V;25℃,85℃和150℃测试温度下,通过外推法得到,经过10年的数据保持时间,存储器件的存储窗口减小量分别为17%,32%和48%;(HfO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜基电荷俘获型存储器件经过105次写入/擦除操作后的电荷损失量仅为4.5%.实验结果表明,利用高介电常数材料(HfO2)0.8(Al2O3)0.2薄膜作为存储层能够提高器件的电荷俘获性能,具有良好的应用前景.     

不同氛围溅射HfO_2栅介质薄膜的电学性能和界面微结构

本文研究了不同沉积氛围(纯Ar,Ar+O2和Ar+N2)中射频磁控溅射制备HfO2薄膜的介电性能和界面微结构.实验结果表明在纯Ar氛围室温制备的HfO2薄膜具有较好的电学性能(有效介电常数ε-r～17.7;平带电压～0.36 V;1 V栅电压下的漏电流密度～4.15×10-3 A cm-2).高分辨透射电子显微镜观测和X射线光电子能谱深度剖析表明,在非晶HfO2薄膜和Si衬底之间生成了非化学配比的HfSixOy和HfSix混合界面层.该界面层的出现降低了薄膜的有效介电常数,而界面层中的电荷捕获陷阱则导致薄膜电容-电压曲线出现顺时针的回线.     

不同氧流量对多孔氧化铪薄膜磁性的影响

采用直流磁控溅射法制备有序多孔氧化铪(HfO2)薄膜,讨论了不同氧流量制备条件所得样品的室温铁磁性.氧流量为4.67×10-8 m3/s时,制备态HfO2薄膜的饱和磁化强度(Ms)值可高达58 kA/m.实验结果表明,不同氧流量制备条件所获得的薄膜样品,因氧空位的浓度的不同其室温铁磁性有明显差异.该研究有助于理解非掺杂...     

水热法制备高折射率的HfO2光学薄膜

采用水热合成技术制备了HfO2胶体，用旋涂法镀制了单层HfO2介质膜．采用多种仪器设备对薄膜进行性能测试和表征，并用输出波长为1．06μm、脉宽为10ns的电光调Q激光系统产生的强激光测试薄膜的激光损伤阈值．研究表明，水热合成技术制备的HfO2薄膜具有较高的激光损伤阈值、折射率和较好的平整度．对HfO2薄膜激光损伤形貌和成因进行了研究．     

光学介质薄膜抗激光损伤特性的研究

采用离子束辅助沉积的方式镀制了几种介质膜料的单层膜。利用1.064μm调Q Nd：YAG脉冲激光器,对它们的损伤特性进行了研究。观察并讨论了在不同激光能量下薄膜的损伤现象,同时利用TaylorHobson干涉仪检测了薄膜表面的粗糙度变化。研究表明,在不同的激光能量下,单层HfO2薄膜出现了不同的损伤形态,且表面粗糙度随着激光能量的增加有正相关的变化;在同一激光能量下,不同工艺条件制备的HfO2薄膜有不同程度的损伤,可以得到较好的制备工艺参数;三种不同的氟化物薄膜即氟化镁（MgF2）、氟化钡（BaF2）、氟化钇（YF3）在相同的激光能量下,也出现了不同的损伤形貌,得出了损伤阈值高的薄膜是氟化钇薄膜。     

沉积速率对HfO_2薄膜应力和光学特性的影响

利用电子枪蒸镀法制备了HfO2薄膜,控制沉积速率分别为3.3/s、5.5/s和9.6/s.利用ZGYO干涉仪、UV3101-PC分光光度计、D/Max-ⅢA型X射线衍射仪和JSM-6700F冷场发射扫描电镜对样品进行了测试.结果表明:在本实验条件下制备的HfO2薄膜都是非晶态结构.样品的残余应力与本征应力变化趋势相同,都随沉积速率的加快先增后减,沉积速率为3.3/s时应力最小.不同沉积速率下制备样品的折射率都是正常色散,3.3/s沉积的样品色散较小并且有较好的表面平整度.这些结果为制备高性能HfO2薄膜提供参考.     

纳米HfO2粉体的制备工艺研究

该文以HfOCl2为原料，分别选用分子量为400、1000和6000的3种聚乙二醇(PEG)作分散剂，在70℃和25℃的反应温度条件下，采用反向滴定化学沉淀法制备出HfCh纳米粉体．X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)的分析结果表明：在70℃的反应温度条件下，加入3种分散剂制备的HfO2粉体的平均晶粒度均小于50nm；用高分子量的分散剂PEG6000所制得的粉体晶粒度更加细小；PEG6000的加入量在0．5％～2．5％质量分数范围内变化对最终的粉体晶粒度影响不大；在25℃的反应温度条件下，加入同样分散剂制备的HfO2粉体的平均晶粒度更加细小，平均晶粒度在30nm左右．用TG／DSC结合XRD对纳米HfO2粉体的研究结果表明：HfO2纳米粉体的晶型转变温度比微米HfO2材料降低了251℃左右(由891℃降低至640℃)，并且在焙烧温度大于660℃时，生成了只有在高温高压条件下才能存在的斜方相HfO2．     

四方晶相HfO2电子结构和弹性常数的第一性原理计算

通过基于密度泛函理论(DFT)框架下局域密度近似(LDA)平面波超软赝势法,计算了四方晶相HfO2基态的电子结构和弹性系数矩阵.根据晶体场理论和分子轨道理论分析了四方晶相HfO2的分子轨道成键,其结果与计算得到的态密度图能很好吻合.计算得到四方晶相HfO2的弹性系数C11、C12、C13、C33、C44和C66分别为397.38、256.23、114.92、390.66、52.70和168.90GPa,体积模量为234.73(±5.51)GPa,在[100]和[001]方向上的杨氏模量分别为227.51 GPa和350.26 GPa.计算结果与其他文献值基本相符,这为四方晶相FfO2的实际应用提供了理论依据.     

氧分压对NiO薄膜特性的影响

采用JGP-300型超高真空磁控溅射镀膜机在蓝宝石衬底上制备了Ni O薄膜。通过X射线衍射(XRD)仪、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见分光光度计(UV-VIS)、霍尔(Hall)测试,研究了氧分压对Ni O薄膜晶体结构、表面形貌、光学特性和电学特性的影响。研究结果表明:Ni O薄膜具有单一的(111)衍射峰。当氧分压为60%时,Ni O薄膜具有较好的结晶性能。随着氧分压的升高,Ni O薄膜表面逐渐变光滑。由(αhν)2-hν曲线得到Ni O薄膜的禁带宽度为3. 60～3. 77 e V。所有Ni O薄膜都具有良好的p型导电特性,空穴载流子浓度为5. 45×10~(17)～2. 16×10~(19)cm~(-3)。     

低亚阈值摆幅铝掺杂二氧化铪铁电材料金属-铁电层-绝缘层-半导体场效晶体管研究(英文)#br#

The recently discovered HfO2-based ferroelectric materials have drawn much attention owing to their high CMOS-compatibility and scalability. A fully CMOS-compatible Al-doped HfO2-based metalferroelectric-insulator-semiconductor field-effect-transistor (MFIS-FET) was fabricated for the first time.The electrical properties, including I-V and C-V characteristics, of the MFIS-FET were characterized. A subthreshold swing of 27 mV/decade is achieved in the n-channel MFIS-FET with TiN/Al-doped HfO2/SiO2/Si gate stack. The gate leakage current was also addressed. It is derived that the Poole-Frenkel effect should be the conduction mechanism of the gate leakage current in the Al-doped HfO2-based MFISFET.     

成膜条件对TiO_2显微结构与光媒特性的影响

用有机金属化学气相沉淀(MOCVD)与溶胶 凝胶(sol gel)法制备二氧化钛薄膜·通过XRD,FE SEM,AFM以及光照TiO2薄膜来降解橙色Ⅱ溶液的方法,研究了TiO2膜的晶体结构、微观表面特性与形貌以及薄膜的光媒特性·比较了不同的TiO2薄膜形成条件对晶格特性与光媒活度的影响·结果表明,成膜温度对薄膜的微观结构及晶体学特性有很大影响;用MOCVD方法得到的TiO2膜,其光媒活度明显高于用sol gel法得到的TiO2膜·     

溶胶-凝胶法制备掺钕钛酸铋铁电薄膜

采用溶胶-凝胶法在Pt／Ti／SiO2／Si基片上制备了掺钕(Nd)的Bi4Ti3O12薄膜(Bi4-xNdx)Ti3O12(x=0．85)，将薄膜于空气中710℃退火0．5h，形成BNT多晶薄膜。系统研究了薄膜的结构、电学性质、表面形貌、漏电流、疲劳特性等。结果表明薄膜呈(117)和(00l)的混合取向，显示良好的铁电性(2Pr=60．8μC／cm^2)，并呈现良好的抗疲劳特性。     

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.     

LaNiO3纳米陶瓷薄膜氧敏特性的研究

以La(NO3)3.6H2O和Ni(NO3)2.6H2O,为原料,采用柠檬酸为螯合剂,利用溶胶－凝胶法合成了钙钛矿型稀土复合氧化物LaNiO3纳米陶瓷薄膜,研究了薄膜的氧敏特性及烧成温度和掺杂对薄膜氧敏特性的影响。     

LaNiO_3纳米陶瓷薄膜氧敏特性的研究

以 L a(NO3) 3· 6 H2 O和 Ni(NO3) 2 · 6 H2 O为原料 ,采用柠檬酸为螯合剂 ,利用溶胶 -凝胶法合成了钙钛矿型稀土复合氧化物 L a Ni O3纳米陶瓷薄膜 ,研究了薄膜的氧敏特性及烧成温度和掺杂对薄膜氧敏特性的影响     

阴极共沉积Ni(OH)2薄膜在碱溶液中的电化学特性

采用阴极电沉积法在镍基底上制备Ni(OH) 2 薄膜 ,循环伏安法在 1 0mol·dm-3 KOH溶液中测量了薄膜电极的催化析氧特性 .沉积Ni(OH) 2 的薄膜电极比镍基底增加了 2 0mA·cm-2 的析氧电流 (1 0VvsHg/HgO电极 ) .在制膜过程中掺杂 7?(V/V)得到的复合氢氧化镍薄膜电极在碱溶液中的析氧电流又增加了约 2 0mA·cm-2 .分光光度法和薄层扫描分析法对薄膜进行了成分分析 .     

氧压对用PLD法制备的ZnO薄膜的特性影响

通过脉冲激光沉积方法在不同的氧压中制备ZnO 薄膜.用X射线衍射(XRD)谱、原子力显微镜(AFM)及光学透过率谱表征了薄膜的结构和光学特性.XRD谱和AFM显示在生长压力为2Pa时获得了较好的结晶薄膜,随着氧压的提升薄膜表面平整,晶粒均匀.光学透过率谱显示在生长压力为5Pa时有较好的光学特性.     

利用电子束蒸发制备高K介质TiO2薄膜

利用电子束蒸发在不同的衬底温度和蒸发束流下制备了TiO2薄膜,利用椭圆偏振仪测出了不同工艺条件下薄膜的厚度和折射率;利用高频CV曲线研究了制备工艺条件对TiO2薄膜的电容特性的影响,发现衬底温度和蒸发束流严重影响TiO2薄膜的CV曲线特性;最后利用XPS（X射线能谱）和FI-IR（傅立叶红外吸收）相结合的方法对TiO2薄膜的成分进行了分析,发现在与硅交界处存在一个亚稳态的过渡层,其成分是低价态的TiOx(x<2)和SiOy(y<2).     

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.     

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.