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.     

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)。     

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.     

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.     

柔性PZT外延薄膜制备及其电学性能研究

采用脉冲激光沉积技术在柔性云母衬底上制备高质量的Pb(Zr_(0. 52)Ti_(0. 48))O_3(PZT)外延薄膜.引入NiFe_2O_4作为外延生长种子层,实现PZT薄膜的(111)取向外延生长.电学性能测试显示其具有优异的铁电压电性能,在未弯曲时,剩余极化(2P_r)值和压电系数(d_(33))分别为55μC/cm~2和87 pm/V.柔性PZT存储单元在弯曲、变温等条件下的铁电保持、疲劳性能测试显示其具有可靠稳定的信息存储功能.该结果表明柔性PZT薄膜在可穿戴电子器件领域具有重要的应用前景.     

不同衬底对溅射Pb(Zr_(0.8)Ti_(0.20))O_3薄膜的结构及其性能的影响

利用射频磁控溅射法在低阻Si,Si O2/Si以及Pt/Ti/Si O2/Si等不同衬底上制备了Pb(Zr0.8Ti0.2)O3薄膜.利用XRD,SEM等对薄膜的结构性能进行了分析,结果发现不同衬底对溅射制备的PZT薄膜的结构有很大影响.在Pt/Ti/Si O2/Si衬底上制备的PZT薄膜经600℃退火1h后,薄膜表面光滑、无裂纹,XRD分析显示PZT薄膜呈完全钙钛矿结构,测试PZT薄膜的电学性能,表明PZT薄膜具有良好的介电性能.     

Sol-Gel法在不同衬底上制备的LaNiO_3导电薄膜的性能研究

采用溶胶凝胶法快速成膜工艺分别在Si(100),SiO2/Si,Pt/Ti/SiO2/Si不同基底上制备LaNiO3导电薄膜,并分别以LNO和Pt/Ti为基底制备PZT薄膜。通过XRD,AFM,EDS等测试手段对LNO导电薄膜的结构及组成进行表征,并通过XRD,介电性能的测试比较LNO/Si和Pt/Ti沉积PZT薄膜的性能。结果表明,在Si(100),Pt/Ti/SiO2/Si上制备的LaNiO3导电薄膜是赝立方结构,而在SiO2/Si衬底上是四方结构。在Si(100)上得到的LNO薄膜致密、平整,可以作为制备PZT薄膜的导电层。在LNO和Pt/Ti上制备的PZT薄膜均为钙钛矿结构,且PZT/LNO薄膜各衍射峰强度优于PZT/Pt/Ti;而介电性能方面,PZT/LNO较PZT/Pt/Ti稍差,100kHz时,PZT/LNO和PZT/Pt/Ti的介电常数和介电损耗分别为562,0.29;408,0.037。     

锆钛酸铅铁电薄膜的制备及在红外探测器中的应用

研究了敏感元材料锆钛酸铅(PZT)铁电薄膜的制备、结构和性能，并采用半导体光刻工艺和化学腐蚀的方法成功地对PZT铁电薄膜进行了刻蚀，同时采用剥离技术对相应的电极实现了图形化。该研究为铁电薄膜在热释电红外探测器中的应用奠定了基础。     

溶胶-凝胶法制作PZT薄膜微驱动器的工艺研究

使用溶胶-凝胶法(sol-gel)制备了PZT压电薄膜,利用PZT的压电效应制作以PZT薄膜为驱动的无阀型微驱动器.针对微驱动器的关键结构驱动膜,探索了多层驱动膜的制备方法及PZT薄膜的刻蚀工艺.采用Si/SiO2/Ti/Pt/PZT/Cr/Au多层驱动膜结构,解决了PZT薄膜制备中存在附着力、抗疲劳等问题,利用BHF/HNO3溶液实现了PZT薄膜刻蚀技术的半导体工艺化.同时详细探讨了微机械加工(MEMS)中温度及溶液浓度对腐蚀工艺的重要影响,给出了硅各向异性腐蚀的最佳化工艺条件.通过以上方法成功地解决了集成制作的无阀型微驱动器的关键工艺问题,降低了器件的复杂性.采用以上工艺得到的驱动器硅杯面积大、均匀、平坦,而且在无阀型微驱动器整体设计中没有可以移动的机械部分,所以微驱动器的寿命也得到了提高.     

La0.67Sr0.33MnO3/PbZr0.4Ti0.6O3/La0.67Sr0.33MnO3外延铁电电容器物理性能

采用脉冲激光沉积法制备La_0.67Sr_0.33MnO₃(LSMO)薄膜,溶胶-凝胶法制备PbZr_0.4Ti_0.6O₃(PZT)薄膜,在SrTiO₃(STO)基片上制备了LSMO/PZT/LSMO异质结电容器.X线衍射(XRD)研究表明LSMO和PZT薄膜在STO基片上实现了外延生长.LSMO/PZT/LSMO电容器具有良好的铁电性能,在5 V测试电压下,剩余极化强度为26.9 μC/cm²,矫顽电压为2.5 V,LSMO/PZT/LSMO电容器显示出了良好的抗疲劳性能.5 V电压下电容器的漏电流密度为7.4×10^-6 A/cm²,在0~2.9 V为欧姆导电机制,2.9~5 V满足空间电荷限制电流(SCLC)导电机制.     

Pb（In1/2Nb1/2）O3-Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-PbTiO3弛豫铁电薄膜厚度尺寸效应研究

新一代弛豫铁电薄膜Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PIMNT)因兼具优异的电学性能与高的相变温度,在国内外获得广泛关注.为了探究不同薄膜厚度对PIMNT薄膜的结构及电学性能的影响,通过溶胶凝胶法制备了150 nm～1μm不同厚度的PIMNT薄膜,对其形貌结构以及电学性能进行了对比研究,在此基础上进一步研究了极化对其电学性能的影响.实验结果表明:随着厚度的增加,薄膜介电常数先增加后略有降低,剩余极化强度先增大后减小,矫顽场逐渐增大;在极化电压为18 V、极化温度和时间分别为100℃和5 min时,1μm厚度PIMNT薄膜的介电常数和损耗在100 Hz下分别为1 009和0.022,室温下的热释电系数达6.85×10^-4C·m^-2·K^-1,是目前主流的锆钛酸铅(PZT)薄膜的3倍左右.     

高压电性能和介电性能0-3型PZT/PVDF压电复合陶瓷的制备

实验采用固相法合成性能良好的PbZr_(0.52)T_(0.48)O_3(PZT)陶瓷粉末,通过常压和热压工艺制备0-3型PZT/PVDF(偏聚氟乙烯)压电复合材料,研究了常压和热压工艺、PVDF所占体积分数和极化条件(时间、电场强度)等因素对复合陶瓷压电和介电性能的影响。采用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、阻抗分析仪等表征样品的显微结构和电性能。结果表明:最佳极化条件为极化时间30 min,极化强度7 k V/mm,采用热压工艺制备的复合陶瓷性能更佳;当PVDF体积分数为10%时,PZT/PVDF压电复合材料的性能最佳,其介电损耗低至1.7%,相对介电常数为191,压电常数为42 p C/N。     

基于PZT薄膜的高频压电式微机械超声换能器的仿真与制备

压电式微机械超声换能器(PMUT)是当前生物医学超声成像领域的研究热点.锆钛酸铅(PbZrO₃-PbTiO₃,PZT)压电薄膜是近年来微机械超声换能器使用的核心压电材料.基于PZT压电薄膜,使用有限元软件COMSOL Multiphysics创建了三维有限元仿真模型,并在(0,1)模态下研究了压电薄膜结构的几何参数,其谐振频率达到22.12 MHz,有效机电耦合系数(k_eff²)为5.13%.采用光刻和刻蚀方法制备了PZT压电薄膜的PMUT单元原型器件.该器件的空腔结构完整,谐振频率在(0,1)模态下为25.87 MHz,仿真与测试结果相似,振动模态较纯,振动位移性能较好.研究结果表明:采用PZT压电薄膜的PMUT在高分辨率、高频医学超声成像中具有较好的应用前景.     

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．     

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     

热处理对PZT薄膜织构形成的影响

分别采用传统热处理(CFA)和快速热处理(RTA)对室温溅射在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)基片上的Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)进行了晶化处理.结果表明:RTA倾向于形成(111)占优取向,而CFA倾向于形成(100)占优取向.不同工艺条件下的取向选择来源于形核机制的不同.在CFA条件下,形核在薄膜表面的PbO(100) 处发生,导致(100)占优取向;在RTA条件下,形核在基片附近的Pt3Pb(111)/PZT界面处发生,导致(111)占优取向.铁电性能测试表明,由RTA处理得到的具有(111)占优取向的PZT薄膜剩余极化达到35 μC/cm2.     

PZT/P(VDF-TrFE)0-3型复合材料的制备及介电测量

采用溶胶 -凝胶法制备了锆钛酸铅 (PZT)的纳米粉体 ,通过热压的方法制备了锆钛酸铅与偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物形成的 0 3型复合材料 (PZT/P(VDF TrFE) ) ,并对其进行了频域和时域介电测量 .研究结果表明 ,复合材料的介电常数随PZT的体积分数的增加而增大 ,在PZT体积分数约为 70 %时出现最大值 ,并对该结果作了定性解释 .时域测量结果表明 ,在PZT/P(VDF TrFE) 0 3复合材料中存在 3种不同弛豫时间的极化结构     

La0.85Li0.15MnO3薄膜的制备及磁场、激光诱导效应

通过直流磁控溅射法在单晶SrTiO3(100)衬底上制备了膜厚约为93.8 nm的La0.85Li0.15MnO3薄膜.用X线衍射仪、直流四探针法对其结构及磁、光诱导效应进行了研究.结果表明,薄膜为赝立方钙钛矿结构,具有良好的(100)取向.260K时,薄膜发生金属一绝缘体转变.在金属区,激光使薄膜的阻值增大,磁场使薄膜的阻值减小.电输运性质表明,在低温区,电阻满足公式R(T)= R0+ R1T2+ R2T4.5,此输运机制主要是由电子-电子散射造成的;在高温区,输运特性与小极化子模型R (T)= R0 Texp(Ea/KBT)完全吻合,输运机制是由于小极化子近邻跃迁引起的.由于外场诱导使得小极化子退局域,导致小极化子跃迁能减小,所以高温区外场导致样品电阻减小.     

PZT/P(VDF-TrFE)O-3型复合材料的制备及介电测量

采用溶胶-凝胶法制备了锆钛酸铅(PZT)的纳米粉体,通过热压的方法制备了锆钛酸铅与偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物形成的0．3型复合材料(PZT／P(VDF-TrFE)),并对其进行了频域和时域介电测量．研究结果表明,复合材料的介电常数随PZT的体积分数的增加而增大,在PZT体积分数约为70％时出现最大值,并对该结果作了定性解释．时域测量结果表明,在PZT／P(VDF—TrFE)0．3复合材料中存在3种不同弛豫时间的极化结构．