掺钐钛酸铅铁电薄膜的制备和主要性质
《Dy掺杂Bi5Ti3FeO15薄膜的制备及性能研究》范文
《Dy掺杂Bi5Ti3FeO15薄膜的制备及性能研究》篇一一、引言随着科技的发展，新型材料在电子、光电、磁性等领域的应用越来越广泛。
其中，多铁性材料因其同时具有铁电、铁磁和铁弹性能，被广泛用于微电子器件中。
而Dy掺杂Bi5Ti3FeO15薄膜作为一种新型的多铁性材料，其制备工艺和性能研究具有重要的理论意义和应用价值。
本文旨在研究Dy掺杂Bi5Ti3FeO15薄膜的制备工艺及其性能表现，以期为该类材料的应用提供一定的理论依据和实验支持。
二、实验方法（一）材料制备本实验采用溶胶-凝胶法进行Dy掺杂Bi5Ti3FeO15薄膜的制备。
首先，根据所需掺杂的Dy浓度，将适量的硝酸镝（Dy(NO3)3）与Bi5Ti3FeO15的前驱体溶液混合，搅拌均匀后形成均匀的溶胶。
然后，将溶胶涂覆在基底上，经过热处理、退火等工艺，最终得到Dy掺杂Bi5Ti3FeO15薄膜。
（二）性能测试对制备得到的Dy掺杂Bi5Ti3FeO15薄膜进行性能测试，包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、铁电性能测试、磁性能测试等。
通过XRD分析薄膜的晶体结构；通过SEM观察薄膜的表面形貌；通过铁电性能测试和磁性能测试分析薄膜的电学和磁学性能。
三、结果与讨论（一）晶体结构分析通过XRD分析，我们发现Dy掺杂后的Bi5Ti3FeO15薄膜具有典型的钙钛矿结构，且随着Dy掺杂浓度的增加，薄膜的晶格常数发生变化。
这表明Dy成功掺入到了Bi5Ti3FeO15的晶格中。
（二）表面形貌分析通过SEM观察，我们发现Dy掺杂后的Bi5Ti3FeO15薄膜表面均匀致密，颗粒分布均匀。
随着Dy掺杂浓度的增加，颗粒尺寸有所减小，这有利于提高薄膜的电学和磁学性能。
（三）电学性能分析铁电性能测试结果表明，Dy掺杂后的Bi5Ti3FeO15薄膜具有较高的剩余极化强度和较低的矫顽场。
这表明Dy的掺入有助于提高薄膜的铁电性能。
此外，我们还发现随着Dy掺杂浓度的增加，薄膜的电学性能呈现出先增后减的趋势。
PHT铁电薄膜的制备与性能研究
摘要铁电薄膜材料是具有介电、压电、热释电、铁电等性质的功能材料，被广泛应用于集成电子学、微电子学、微机电系统、光电子学等重要领域。
铁电薄膜是非易失性随机存储器(NVRAM)的重要组成部分。
随着现代科学技术和信息处理技术的高速发展，对NVRAM是的存储密度、稳定性及使用寿命都有了越来越高的要求。
虽然传统的铁电材料(PZT、SBT等)的制备技术已很完善，但其在工业应用方面还存在一些问题，如铁电疲劳、制备温度高等。
探索可用于NVRAM的新型高性能铁电材料越来越重要。
钙钛矿结构Pb(Hf x Ti1-x)O3(PHT）铁电薄膜具剩余极化强度高、矫顽场低、介电常数大、成分可调、抗疲劳特性好等优点，可作为NVRAM的候选铁电材料。
本论文以钙钛矿结构的铁电薄膜PHT为研究对象，对PHT与半导体材料(Si、GaN)的集成结构进行了系统的研究。
主要开展了以下工作：探索Pt(111)/TiO2/SiO2/Si衬底上PHT薄膜的最优生长工艺；在Al2O3衬底上研究缓冲层对PHT薄膜微观结构及性能的影响，并研究不同底电极对PHT薄膜的影响；初步探索铁电薄膜PHT与半导体GaN集成结构的性能。
1、首先在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上采用PLD法制备PHT薄膜，探索PHT的最优制备工艺。
制备铁电电容结构(MIM)，研究PHT薄膜的本征电学性能。
研究发现，生长过程中氧分压和生长温度对PHT薄膜的择优取向、铁电极化及漏电流都有显著的影响。
然后引入低温自缓冲层技术，有效改善薄膜的微观结构和电学性能。
此外，本论文还对比了不同生长温度的自缓冲层对PHT薄膜的微观结构及电学性能的影响，发现插入300 ℃自缓冲层得到沿(111)取向的高质量外延PHT薄膜，薄膜晶粒大小均匀，且表面平整、结构致密。
与600 ℃直接沉积的PHT薄膜相比，300 ℃自缓冲层下外延薄膜的漏电流密度降低了3-4个数量级，剩余极化强度提高到63 μC/cm2，矫顽场强降低至190 kV/cm，抗疲劳特性也得到了显著改善。
“铁电薄膜”资料汇编
“铁电薄膜”资料汇编目录一、PZT铁电薄膜的制备与性能研究二、钙钛矿铁电薄膜异质结的结构及光、电性能研究三、铁电薄膜材料综述四、铁电薄膜畴结构及畴动力学的透射电子显微学研究五、铁电薄膜制备及新型铁电存储器研究六、金属有机化学气相沉积制备铁电薄膜材料研究进展PZT铁电薄膜的制备与性能研究铁电材料在传感器、存储器、换能器等众多领域有着广泛的应用。
其中，PZT（铅锆钛酸盐）铁电薄膜由于其优异的铁电、压电性能，被广泛应用于微电子、光电子和微纳器件等领域。
本文将重点探讨PZT 铁电薄膜的制备技术及其性能研究。
目前，制备PZT铁电薄膜的方法主要有溶胶-凝胶法（Sol-Gel）、物理气相沉积法（PVD）、化学气相沉积法（CVD）等。
溶胶-凝胶法：该方法是将金属醇盐或无机盐经过溶液、溶胶、凝胶等过程，然后在低温下热处理，制备成薄膜。
溶胶-凝胶法的优点是制备工艺简单，容易控制薄膜的成分和结构，但是制备的薄膜厚度通常较薄。
物理气相沉积法：该方法主要包括真空蒸发、溅射和离子束沉积等。
这些方法可以在较高的温度下，将靶材的原子或分子沉积到基片上形成薄膜。
物理气相沉积法的优点是制备的薄膜纯度高，厚度均匀，但是设备昂贵，工艺复杂。
化学气相沉积法：该方法是利用化学反应，将气态的原料在基片上沉积成膜。
化学气相沉积法的优点是制备温度低，薄膜质量高，但是反应过程中难以控制薄膜的成分和结构。
PZT铁电薄膜的性能主要包括铁电、压电、介电等性能。
这些性能与薄膜的成分、结构和制备工艺密切相关。
铁电性能：PZT铁电薄膜具有优异的铁电性能，其自发极化强度高，剩余极化强度大，矫顽场强，这些性能使其在传感器和存储器等领域具有广泛的应用前景。
压电性能：PZT铁电薄膜同时也具有良好的压电性能，能够将机械能转换为电能，或者将电能转换为机械能。
这一特性使其在声波探测、振动能采集等领域具有广泛的应用。
介电性能：PZT铁电薄膜的介电性能也较好，其介电常数和介电损耗随温度和频率的变化而变化，这一特性使其在电子器件和微波器件等领域具有一定的应用价值。
PZT铁电薄膜实验报告
材料科学与工程学院基地班创新和任选实验论文高度取向锆钛酸铅铁电薄膜材料制备及性能优化姓名：严岑琪学号： 200900150260指导教师：欧阳俊日期：2013.1.5目录一、研究背景简介及研究意义 (3)1.1 PZT薄膜研究背景 (3)1.2 PZT铁电材料结构 (3)1.3 PZT薄膜发展现状及趋势 (4)1.4 PZT薄膜研究意义 (4)二、研究方法 (5)2.1 脉冲激光沉积法 (5)2.2 真空蒸发法 (5)2.3溶胶—凝胶法 (5)2.4 化学气相沉积法 (6)2.5 磁控溅射法 (6)三、试验用原材料及仪器设备 (7)3.1 试验用原材料 (7)3.2 试验用仪器设备 (7)四、实验步骤 (8)4.1 主要研究方法 (8)4.1.1 制备工艺流程 (8)4.1.2 性能检测 (8)4.2 PZT铁电薄膜的制备参数 (8)4.3 PZT铁电薄膜的制备过程 (8)五、实验结果记录与相关讨论 (9)5.1 XRD (9)5.2 电滞回线 (11)5.3 漏电电流特性 (14)5.4 介电行为 (15)六、结论 (16)七、参考文献 (16)一、研究背景简介及研究意义1.1 PZT薄膜研究背景铁电体是具有自发极化且自发极化矢量的取向能随外电场的改变而改变方向的材料。
铁电材料是一类强介电材料，其介电常数可高达102～106。
铁电材料具有优良的铁电、压电、热释电、电光、声光及非线性光学特性，集力、热、光、电等性能于一体，具有其它材料不可比拟的优越性能。
铁电材料的这些特殊性质使得它在超声换能器件、微机电耦合器件、高容量电容器、铁电存储器、电光快门、光控器件、成像与显示器件等多方面都具有广泛的应用前景。
另一方面，由于电子技术，信息技术和控制技术的发展，要求器件小型化和集成化，对新材料提出了新的要求。
PZT功能薄膜由于其优良的压电性能、热电性能、铁电性能、光电性能和介电性能被广泛地用于传感器，驱动器和各种精密仪器的控制部分。
铁电薄膜的制备及性能分析
铁电薄膜的制备及性能分析随着科技的发展，人们对电子产品的需求不断增加，同时对电子产品的性能也提出了更高的要求。
铁电薄膜作为电子产品的重要材料，其独特的电学、光学和力学性能使其在智能传感、信息存储、可控电磁化器件及光电器件等方面具有广泛应用前景。
本文将介绍铁电薄膜的制备及其性能分析。
一、铁电薄膜的制备技术铁电薄膜的制备技术主要分为物理气相沉积法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、离子束沉积法、分子束外延法和电子束蒸发法等多种方法。
其中，物理气相沉积法是最为常用的方法之一，该方法通过在真空条件下将材料蒸发，在基板表面形成铁电薄膜。
溶胶-凝胶法则是通过化学反应过程将溶液中的材料提取出来，形成凝胶，然后将凝胶涂在基板上，并经过一定的热处理制备铁电薄膜。
离子束沉积法则是将高能离子注入基板表面，使材料原子间发生结合，形成铁电薄膜。
二、铁电薄膜的性能分析铁电薄膜具有许多独特的性质，例如：可选择的饱和极化方向、外场下电学性质的可逆性、高电场容限、非线性介电、高灵敏度、耐高温等。
其中最重要的性能参数是铁电畴极化，铁电畴是铁电性的基本单位，是由一种电偶极子排列形成的。
铁电畴极化是铁电材料的核心特性之一，具有极高的应用价值。
采用极化曲线和压电曲线等方法来研究畴极化和压电性质。
另外，铁电薄膜还具有独特的光学性质，例如：太尔克角（Brewster angle）效应、马赫-曾德勒(Mach-Zehnder)干涉效应和各向异性等。
太尔克角效应是光线以一定角度入射铁电薄膜时，反射率为零，信号传输效果更好。
马赫-曾德勒干涉效应则是将光线传输通过不同材料组成的器件中，利用干涉效应实现光场的调制和控制。
各向异性则是指铁电薄膜的物理性质在不同方向上的差异，可用于光电器件中的光栅等光学元件的制作。
三、结论铁电薄膜作为电子产品的重要材料，具备许多独特的性质和应用前景。
通过不同制备方法和性能分析手段，可以看到铁电薄膜具有许多优异的性能和应用潜力。
掺锶的钛酸铅铁电薄膜性能研究的开题报告
掺锶的钛酸铅铁电薄膜性能研究的开题报告一、选题的背景钛酸铅铁电薄膜因其具有优异的铁电性能，广泛应用于存储器、传感器、微波器件等领域。
然而，由于PbTiO3薄膜易于极化反转导致疲劳现象，其在长期使用时会出现铁电性能丧失的问题。
为此，研究掺杂元素对PbTiO3薄膜性能的影响具有重要的科学价值和应用前景。
锶元素是一种常用的掺杂元素，其对PbTiO3薄膜的影响机理尚不清楚。
因此，本文旨在研究掺锶的钛酸铅铁电薄膜的结构、铁电性能等方面的变化规律，为其应用提供理论支持。
二、选题的目的本文旨在通过研究掺锶的钛酸铅铁电薄膜，分析掺杂元素对薄膜结构、铁电性能等方面的影响，并探究其应用前景。
具体目的如下：1、通过分析掺锶的钛酸铅铁电薄膜的结构、形貌等方面的变化规律，确定其结晶行为和晶体结构；2、探究掺锶对钛酸铅铁电薄膜的铁电性能所产生的影响，分析不同掺杂浓度下薄膜铁电性能变化规律；3、基于实验结果，探究掺锶的钛酸铅铁电薄膜在存储器、传感器等领域的应用前景。
三、选题的意义1、探究掺锶对钛酸铅铁电薄膜结构、铁电性能等的影响机理，可以为研究其他元素掺杂的影响提供参考；2、研究掺锶的钛酸铅铁电薄膜的铁电性能，为其在存储器、传感器等领域的应用提供理论依据；3、本文研究结果对于探究新型钛酸铅铁电材料和探究元素掺杂对材料性能的影响均具有一定的启示意义。
四、研究方法1、制备掺锶的钛酸铅铁电薄膜；2、采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等方法对薄膜进行结构和形貌表征；3、采用极化曲线、介电常数测试仪等方法对掺锶的钛酸铅铁电薄膜的铁电性能进行测试；4、通过实验结果，探究掺锶的钛酸铅铁电薄膜在存储器、传感器等领域的应用前景。
镍和钕共掺杂钛酸铋铁电薄膜的结构及其性能研究的开题报告
镍和钕共掺杂钛酸铋铁电薄膜的结构及其性能研究的开题报告一、研究背景与意义钛酸铋(Bi4Ti3O12，BTO)是一种常用的铁电材料，具有良好的铁电性能和较高的介电常数，在微电子学、光电子学、传感器等领域有广泛的应用。
然而，BTO晶体结构中缺陷和结构不规则会导致铁电性能下降，从而影响器件性能。
因此，掺杂是一种常用的方法来改善BTO的性能。
目前，镍和钕被认为是BTO的优异掺杂元素，能够提高BTO的铁电性能。
二、研究内容本研究将利用激光分离沉积技术(Laser Deposition Technology，LDT)在锆基片上制备镍和钕共掺杂的BTO薄膜，并通过优化工艺参数得到高品质的薄膜。
采用X射线衍射(XRD)，扫描电镜(SEM)，原子力显微镜(AFM)，透射电子显微镜(TEM)和拉曼光谱(Raman Spectroscopy)等测试方法研究薄膜的结构和形貌。
同时，采用极化曲线、交流电性能测试仪、等温留电测试仪等手段对薄膜的铁电性能进行研究，以探究镍和钕共掺杂BTO的性能变化及其机制。
三、研究技术路线1. 实验材料的制备和字符化；2. 激光分离沉积技术制备镍和钕共掺杂钛酸铋薄膜；3. 优化薄膜制备工艺条件，并对薄膜进行结构和形貌表征；4. 评价镍和钕共掺杂对BTO铁电性能的影响，并探究影响机理。
四、预期成果1. 成功制备镍和钕共掺杂的BTO薄膜；2. 对薄膜的结构、形貌、铁电性能等性质进行了研究，揭示了掺杂机制；3. 得到了优异的薄膜性能，并改进了制备工艺；4. 增加了对BTO材料的认识，并有助于其在电子器件、光电器件等领域中的应用开发。
五、参考文献[1] Zhang Hui, Li Bin, Zhou Kuangting, et al. Effect of Ni doping on the structural, dielectric and ferroelectric properties of Bi4Ti3O12 ceramics [J]. Journal of Materials Science, 2012, 47(24):8558-8566.[2] Qiu Tingting, Liu Hongxia, Zheng Yulin, et al. Control over orientation and ferroelectric properties of Bi4Ti3O12 thin films deposited on Si(001) by pulsed laser deposition [J]. Applied Surface Science, 2017, 393(10):448-455.[3] Arakawa T, Hassan M A, Saavedra H M, et al. Vibrational spectra of substituted Aurivillius-phase oxides Bi2ABO7(B' = Mg, Zn, Ni;A = Nb, Ta)[J]. Journal of Raman Spectroscopy, 2014, 5(45):394-402.[4] Yao Xin, Xia Huijie. Investigation of the dielectric properties and ferroelectric fatigue behavior of Nd-doped Bi4Ti3O12 thin films [J]. Applied Surface Science, 2018, 448(10):426-433.。
PZT铁电薄膜材料的制备技术
PZT铁电薄膜材料的制备技术PZT（铅锆钛）是一种具有铁电和压电性能的材料，因此在传感器、电容器、声波器件等领域有广泛的应用。
PZT铁电薄膜材料的制备技术在近年来得到了大量研究，主要包括溶液法、物理气相沉积（PVD）法和化学气相沉积（CVD）法等多种方法。
下面将对这几种方法进行详细介绍。
1.溶液法溶液法是一种简单、成本低、易于实现的PZT铁电薄膜制备方法。
通常采用溶胶-凝胶（Sol-Gel）法，即将Pb（Pb2+）、Zr（Zr4+）、Ti （Ti4+）离子源分别与适量的溶剂混合，形成溶胶溶液，然后通过加热、溶胶凝胶处理和烧结等步骤，得到PZT薄膜。
溶液法制备的PZT铁电薄膜具有较高的结晶度和均匀性，但由于需要多次热处理，制备周期比较长。
2.物理气相沉积（PVD）法PVD法是一种通过蒸发、溅射或离子束轰击等方法在基板表面直接沉积PZT铁电薄膜的技术。
常用的技术包括磁控溅射法、电子束蒸发法和激光沉积法等。
PVD法制备的PZT铁电薄膜具有高纯度、致密度高、晶粒度细等优点，但设备成本高，生产效率低。
3.化学气相沉积（CVD）法CVD法是一种利用气相反应在基板表面生长PZT铁电薄膜的技术。
通常采用金属有机化合物作为前体物质，通过热解反应、气相反应等步骤，使溶液中的Pb、Zr、Ti等元素在基板表面沉积成PZT铁电薄膜。
CVD法制备的PZT铁电薄膜可以精确控制成膜速度、成膜厚度和成膜质量，但是对设备要求高，操作复杂。
除了上述几种主要的制备技术外，还有一些其他方法，如脉冲激光沉积法、微波辅助反应法等。
这些方法都有各自的优缺点，可以根据具体需求选择合适的制备技术。
总的来说，PZT铁电薄膜材料的制备技术在不断发展和完善，未来随着材料工艺的进一步提高，可以实现更高质量、更高性能的PZT铁电薄膜材料。
这将为传感器、电容器、声波器件等领域的应用提供更大的可能性和发展空间。
希望本文能对PZT铁电薄膜材料的制备技术有所帮助。
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收稿日期:2003-04-26作者简介:杨长红(1977-),女,山东临沂人,博士生,主要从事低维材料的研究。
文章编号:1004-2474(2005)01-0059-03掺钐钛酸铅铁电薄膜的制备和主要性质杨长红,王 卓,韩 辉,翟剑庞,王 民,韩建儒(山东大学晶体材料国家重点实验室,山东济南250100) 摘 要:采用金属有机分解法(M OD )在P 型Si (111)衬底上制备了Pb 0.85Sm 0.1T iO 3(PST )薄膜。
用X -射线衍射技术研究了退火温度对薄膜的结构和结晶性的影响。
同时还研究了薄膜的介电、铁电和绝缘性能。
结果发现在600°C 下退火1h 的PST 薄膜呈钙钛矿结构;在0～16V 范围内,薄膜的漏电流小于1.17×10-7A ;在±10V 的偏压范围内,电容-电压(C -V )记忆窗口宽度为4.5V ;在室温10kHz 下,其介电常数为37.25,介电损耗为0.042。
关键词:金属有机分解法;P b 0.85Sm 0.1T iO 3;铁电薄膜中图分类号:T B43 文献标识码:APb 0.85Sm 0.1TiO 3Thin Films Prepared by A Metalorganic Decomposition MethodYANG Chang -hong ,WANG Zhuo ,HAN Hui ,ZHAI Jian -pang ,WANG Min ,HAN Jian -ru(State Key Lab or atory of Crystal M aterials,Sh andong Un ivers ity,Jin an 250100,China) Abstract :Pb 0.85Sm 0.1T iO 3(PST )thin films hav e been gr ow n on P -Si (111)substr ate by a m etalo r ganicdeco mpo sition (M O D )method .Effects o f annealing temperat ur e on t he str uctur al character istic and cry stallization of the films wer e ex amined by X -r ay diffr actio n (XR D).T he dielectr ic and ferr oelectr ic pro per ties and insulation character istic w ere also studied.T he r esults sho w that t he films annealed at 600°C fo r 1h present per ov skite phase ;the leakag e cur r ent is below 1.17×10-7A at a n applied vo ltage r ange o f 0～16V ;the memo ry window in C -V curv e is 4.5V at the applied vo ltag e rang e of ±10V ;T he dielectric co nstant and loss are 37.25,0.042respectiv ely at r oo m temper atur e and 100kHz. Key words :metalor ganic decomposit ion;PST ;ferr oelectr ic thin films 人们已对应用于热电、介电和光电子器件的铁电薄膜材料进行了广泛的研究。
而钛酸铅是一种具有钙钛矿结构的铁电材料,它具有较小的介电常数,较大的自发极化,较小的矫顽电场和较高的居里温度(T C =490°C ),成为一种理想的制作微电子学、声光电子学和非挥发铁电存储器等器件的侯选材料。
薄膜器件由于尺寸小、耗电少和易集成等优于块体材料而倍受重视。
从上世纪80年代至今,国内外已开展了有关钛酸铅铁电薄膜的制备和微结构方面的研究工作,所采用的沉积技术包括溅射[1]、溶胶-凝胶(Sol-Gel)法[2]和金属有机化学气相沉积(M OCVD)[3]等。
钛酸铅薄膜的掺杂有PZT[4]、PLT [5]、PLZT [6]和PCLT [7]等,有关钐的掺杂还并未见报道。
金属有机分解法具有简便易控,、成本低和易于调整(掺杂)组分等优点。
本文采用金属有机分解法直接在P 型Si (111)衬底上制备了掺钐钛酸铅铁电薄膜,希望通过掺杂,提高钛酸铅薄膜的存储特性和介电特性。
1 实验1.1 前驱溶液的配制采用Sol -Gel 法制备薄膜,前驱溶液的选取非常重要。
我们选用分析纯的醋酸铅、硝酸钐、钛酸四丁脂为起始原料,按照r (Pb:Sm)=0.935:0.1的摩尔比称取醋酸铅和硝酸钐,加入到冰醋酸中,加热并不断搅拌直至溶解。
量取化学计量比U (Sm:T i)=0.1:1的钛酸四丁脂慢慢地加到上述溶液中。
为了保持溶液的稳定性,需在溶液中加入适量的乙酰丙酮。
用乙二醇甲醚调节溶液的浓度和粘度。
所得溶液浓度是0.2mol/L 。
最后用孔径是Á0.2L m 的注射式过滤器除去悬浮物质和杂质,就可得到黄色纯净透明的前驱溶液,可在室温干燥的条件下保存数第27卷第1期压 电 与 声 光Vo l .27N o .12005年2月P IEZO EL ECT RICS &A CO U ST O OP T ICSF eb.2005月。
铅过量10%的目的是为了弥补退火过程中因铅挥发而导致的铅不足。
1.2 PST 薄膜的制备将前驱溶液滴到干净的硅衬底表面上,然后在3000r/m in 的转速下匀胶30s,使前驱溶液均匀地涂敷在硅片上。
把湿膜在空气中进行热处理,以10～20°C/m in 的速率升温至350°C 并保持10m in,然后降至室温。
重复上述的旋涂匀胶和热处理过程,直至得到所需厚度的非晶膜。
最后非晶膜在空气气氛中500～700°C 退火30～60min,即可得到结晶的PST (0.1)铁电薄膜。
实验具体的工艺流程如图1所示。
所制备的薄膜用XP-2台阶仪测得厚度为300nm。
图1 P ST (0.1)薄膜的制备工艺的流程图F ig .1 T he chat for prepar atio n o f PST (0.1)thin films1.3 电极的制备在对薄膜样品进行电学性能测试时,需要制备出金属/铁电薄膜/半导体/金属(M FSM )结构。
将有孔径为Á1m m 的掩模板覆盖在薄膜上,利用LDM -150D 型离子溅射镀膜机将Au 沉积到铁电薄膜表面,就可以得到分离的顶电极。
然后用蘸有稀释的氢氟酸的棉签擦拭硅衬底的背面,除去硅衬底的背面上部分SiO 2层,以保证Au 电极和单晶Si 直接接触,排除因退火而增厚的SiO 2层的影响。
再利用真空溅射将Au 沉积到硅衬底的背面,就得到了测试所需的底电极。
1.4 薄膜的性能测试用Rigaku D/M AX-C A 型转靶X-射线衍射仪(XRD )研究了薄膜的结构和结晶性,用HP 4140B PA 计研究了薄膜的绝缘性质,用LF 阻抗分析仪HP 4192A 测试薄膜的电容-电压(C -V )曲线,测试条件为电平电压为0.03V ,频率100kHz,又用HP 4192A 研究薄膜的介电性能。
2 试验结果及讨论2.1 退火温度对薄膜结晶性的影响图2为PST(0.1)薄膜随退火温度变化的XRD 图。
从图中可看出,薄膜在400°C 退火1h 后并没有出现明显的衍射峰,样品基本上还处于非晶态。
500°C 退火1h 的样品出现衍射峰,表明薄膜在此温度已开始结晶。
当退火温度升至600°C 时,薄膜出现与PbT iO 3相同的衍射峰,表明在该温度下钙钛矿结构已经形成。
700°C 退火1h 后,薄膜所有的衍射峰有所减弱,可能是由于元素Sm,Pb 的挥发造成的。
图2 PST (0.1)薄膜随退火温度变化的X RD 图F ig .2 X -r ay diffr actio n patt er ns of P ST (0.1)thin films annea led at different t emper atur es2.2 电流-电压特性分析铁电薄膜的许多应用都与其绝缘性相关,图3是PST (0.1)的漏电流(I )随外加电压的变化规律金点的面积为7.9×10-3cm 2。
当外加电压小于10V 时,I < 6.9×10-9A ,这个区域的最小电阻率Q 为图3 在600°C 退火60min,厚300nm PST (0.1) 薄膜的漏电流随外加电压的变化曲线.F ig.3 Change o f leaka ge curr ent of P ST (0.1) films annealed at 600°C fo r 60min as a functio n o f applied vo lta geQ=(U ×S )/(I ×d )=(10×7.9×10-3)/(6.9 60压 电 与 声 光2005年 ×10-9×3×10-5)=3.82×1011(8・cm )(1)式中 U 为加在M FSM 结构上的电压;S 为顶电极Au 的面积;d 为薄膜的厚度。
可见在0～10V 范围内,薄膜的绝缘性能是很好的。
但是当为加电压高于10V 时,薄膜的I 随外加电压急剧增加,这可能由于薄膜中的缺陷造成的,在高压下产生Schottky 发射或Frenkel-Poole 发射[4,8]。
2.3 C -V 特性分析图4是Au/PST/Si/Au 结构的C -V 曲线,测试频率为100kHz,电平电压为0.03V 。
由于铁电薄膜在外加电场的作用下产生极化,进而引起铁电薄膜-Si 表面电荷的变化使理想的金属/绝缘层/半导体(M IS)结构中的C -V 曲线平移而产生窗口。
该窗口是衡量MFSM 结构的存储性好坏和可靠性的一个重要参数。
图中明显的显示出电荷的聚集态和耗尽态,记忆窗口为 4.5V,而Al/PbTi03/CeO 2/Si (100)和PbT i03/Si(100)报道的值分别为2.4V [9]和1V [10],窗口明显增宽,表明存储性能更好。