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.     

Au／PZT／BIT/p-Si结构铁电存储二极管存储特性

采用脉冲激光沉积方法(PLD)制备了Au/PZT／BIT／p-Si结构铁电存储二极管.对其铁电性能和存储特性进行了实验研究.铁电性能测试显示较饱和的、不对称的电滞回线,其剩余极化和矫顽场分别约为15 μC／cm^２和48 kV／cm; 10^９次开关极化后剩余极化和矫顽场分别仅下降10%和增加12%;观察到源于铁电极化的CV和IＶ特性回线;电流密度+4 V电压下为6.7×10^-8 A／cm²; 在+2 V的读电压下,读“1”和读“0”电流有0.05 μA的明显差别;保持时间达30 min以上.     

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.     

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.}     

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。     

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.     

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.     

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．     

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.     

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.     

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．     

层状钙钛矿结构铁电薄膜高场耗散效应

以层状钙钛矿结构铁电薄膜Pt/SrBi2 Ta2 O9/Pt(Pt/SBT/Pt)三明治结构薄膜电容系统为例 ,研究了铁电薄膜高场耗散效应 .详细讨论了铁电薄膜高场漏电特性、击穿特性和瞬变电流特性以及铁电薄膜高场耗散效应产生的机理 .发现SBT薄膜漏电机制是从体限制过渡到电极限制为主 ,击穿电场与电极有效面积的对数成负线性关系 ,瞬变电流与极化反转无关 .理论分析与实验结果一致 .     

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.     

新型HfO2栅介质中的频散效应及参数提取方法

本文研究了原子层化学气相淀积ALCVD(atom layer chemical vapor deposition)方法淀积的HfO2/SiO2/p-SiMOS电容的电特性.高频时,积累电容出现了频率色散现象.针对双频C-V法测量超薄HfO2/SiO2堆栈栅MOS电容中制备工艺和测量设备引入的寄生效应,给出了改进的等效电路模型,消除了频率色散.研究发现,高k介质中存在的缺陷和SiO2/Si处的界面态,使高频C-V特性发生漂移.对禁带中界面态的分布进行归纳,得到C-V曲线形变的规律.研究了形变的C-V曲线与理想C-V特性的偏离,给出了界面态电荷密度的分布,得到了相对于实测C-V曲线的矫正线.通过比较理想C-V曲线和矫正线,提取了平带电压、栅氧化层电荷、SiO2/Si界面的界面态密度等典型的电学参数.     

铋层状化合物Na0.5Ho0.5-xYbxBi4Ti4O15陶瓷材料的上转换发光、铁电、介电性能研究

采用传统的固相烧结法,制备了Na0.5Ho0.5-xYbxBi4Ti4O15铋层状结构陶瓷.经X射线衍射（XRD）表征,新合成材料为单相结构,且扫描电子显微镜下的表面和断面图像均为层状,说明合成材料为新型铋层状材料.室温时,在可见光波长范围内,有2个峰,分别为546 nm处的绿光峰和656 nm处的红光峰,分别对应于Ho3＋离子的5F4＋5S2→5I8和5F5→5I8跃迁.为研究其机理,测试了变功率条件下的发光强度,经计算,绿光和红光发射均为双光子过程.研究陶瓷样品在变温（-130~270°C）条件下的发光性能时,发现红光与绿光的强度比值与温度呈线性关系,该材料有望应用于光学温度传感器领域.经介电性能测试发现当Ho：Yb=1：9时,样品的居里温度为686.4°C.研究铁电性能发现当Ho：Yb=3：2时,剩余极化Pr为9.3μC/cm2,矫顽场强为Ec=82 k V/cm,表明具有一定的铁电性能.以上研究结果表明,制得的新材料是一种具有优异光学性能的多功能材料.     

纳米硅薄膜材料在场发射压力传感器研制中的应用

设计研制了一种基于量子隧道效应机制的场发射压力传感器原型器件, 用CVD技术制备了粒径为3 ~ 9 nm, 厚度为30 ~ 40 nm的纳米硅薄膜, 并同时把这种低维材料引入到传感器阴极发射尖锥的制作, 形成纳米硅薄膜为实体的发射体结构. 用HREM及TED分析了纳米硅态的显微特性, 用场发射扫描电子显微镜SEM分析了发射体及阵列的微观结构, 用HP4145B晶体管参数测试仪考察了传感器件的场发射特性. 实验结果表明, 当外加电场为5.6×10⁵ V/m时, 器件有效区域发射电流密度可达53.5 A/m².     

ZnTe/ZnTe:Cu复合背接触层对CdTe太阳电池器件性能的影响

将真空共蒸发技术沉积的ZnTe/ZnTe:Cu复合薄膜应用于CdS/CdTe太阳电池, 作为碲化镉与金属背电极间的过渡层. 比较了有无ZnTe复合背接触层的两种CdTe电池的光、暗电流-电压(I-V)曲线和电容-电压(C-V)特性, 并研究了本征ZnTe薄膜厚度和背接触层的退火温度对电池性能的影响. 结果表明, 有复合背接触层的CdTe光伏器件, 能够消除暗I-V曲线饱和与光、暗I-V曲线交叉现象, 且填充因子在没有高阻透明薄膜的情况下达到了73%. 结合CdTe电池的能带图讨论了其中的原因.     

新型有序炭纳米棒阵列的合成及在电化学电容器中的应用

采用有序中孔硅为模板成功合成了排列有序的炭纳米棒阵列OCNR. XRD测试和TEM观测表明, OCNR为有序排列(p6mm)的炭纳米棒阵列构成. N₂吸脱附测试表明, OCNR具有典型的中孔结构和集中的中孔分布. 与超大比表面积的活性炭Maxsorb相比, OCNR具有更好的电容特性, 更高的功率输出和优异的高频电容性能, 这都得益于OCNR规整的孔道有利于电解质水合离子的快速扩散. 循环伏安研究表明, 在50 mV/s的高电压扫描速度下, OCNR的比电容值仍可保持在166 F/g, 而此时Maxsorb的比电容值却降低到73 F/g. 值得一提的是, OCNR在提供高功率输出的同时, 仍能保持高的能量密度, 可以应用于对功率输出和能量密度都有较高要求的场合.