BST铁电薄膜的制备

焦绿石相
20
30
40
50
60
70
2 Theta (deg)
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10
2.3 PZT铁电薄膜的铁电性能
Polarization (10-6C/cm2) Polarization (10-6C/cm2) Polarization (10-6C/cm2)
80
(a)5000C
60
40
20
0
-20
-40
1000
800
(a) 500 0C
600
(b) 550 0C
(c) 600 OC
400
1.0 • 温度越高，薄 膜的介电常数
0.8
越大。
0.6
0.4
200
0.2
0
0.0
1
10
100
Frequency (KHz)
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12
2.5 PZT铁电薄膜的漏电流
Leakage current density (10-8A/cm2)
4. 目前，国际上许多大型半导体公司都十分重视FeRAM的 研究
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4
1.2 PZT材料结构特征
• PZT是典型的钙钛矿型结构，化学通式为ABO3 • 这些含氧八面体的铁电氧化物的自发极化主要来 源于B位离子偏离氧八面体中心的位移
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5
1.3 PZT铁电薄膜的制备技术
1. 溅射法 2. 激光闪蒸 3. 真空蒸发 4. 化学气相沉积（CVD） 5. 金属有机物化学气相沉积（MOCVD）法 6. 溶胶－凝胶（Sol-Gel）法
PZT、BST铁电薄膜的制备
Fabrication of PZT and BST Ferroelectric Thin Films
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1
主要内容
1. 绪 论 2. PZT铁电薄膜Sol-Gel法制备及性能研究 3. Co掺杂PZT铁电薄膜的制备及性能研究 4. BST铁电薄膜的制备及性能研究 5. 总结
30s
7. 400℃热处理4 min，500600℃退火处理4 min 8. 重复6、7步，最后一层在氧气气氛的条件下，在
500600℃退火处理20 min
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9
2.2 PZT铁电薄膜的X射线衍射图
Intensity (a.u.) (0 0 1) (1 0 0)
1. 600℃时，PZT薄 膜结晶程度最好
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2
1. 绪论
1.1 铁电材料概述
• 铁电材料是指存在自发极化， 且自发极化有两个或多个可能 的取向，在电场的作用下，其 取向可改变的一类材料。铁电 材料的极化强度与外场的关系 曲线类似于铁磁材料的磁滞回 线，如图所示。
E=0, P=Pr
P=0, E=Ec
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3
铁电材料的应用研究进展
• 乙酸钴（Co(CH3COO)2·4H2O）
• 工艺流程- as mentioned above
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14
3.2 PCZT铁电薄膜的X射线衍射图
Intensity (a.u.) (0 0 1) (1 0 0) (1 0 1)
(1 1 1) (0 0 2) (2 0 0)
(1 0 2) (2 0 1) (1 1 2) (2 1 1)
1. 1952年贝尔电话实验室首次提出利用铁电材料的两个 极化方向来实现计算机存储器中0和1的编码操作，制 作铁电存储器
2. 90年代初，随着微电子工业和集成工业的进步。几乎 每隔几年，铁电存储器的生产就有一个突破性的进展
3. 1994年，美日联合开发的Bi系层状结构的材料 SrBi2Ta2O9制成的256KB存储器
(1 0 1)
(0 2 2) (2 2 0)
(1 1 1) (0 0 2) (2 0 0)
(1 0 2) (2 0 1) (1 1 2) (2 1 1)
.Pyrochlore phase
2. 薄膜呈以（1 0 1） 为首要方向的多晶
.
结构
600oC
..
550oC 3. 有（2 2 2）方向的
500oC
(0 2 2) (2 2 0)
.Pyrochlore phase
1. 薄膜呈以（1 0 1） 为首要方向的多晶
结构
. .
20
30
15mol% 2. Co掺杂能够有效的 抑制PZT薄膜中焦
10mol%
绿石相的产生
5mol%
80
(c)6000C
60
40
20
0
-20
-40
-60
-80
-100 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
Electric Field (KV/cm)
E越大，P越大；温度编升辑课高件p，pt Pr 增大，Ec 减小。11
2.4 PZT铁电薄膜的介电性能
Dielectric constant Dissipation factor
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6
SOL-GEL法制备铁电薄膜的优点
1. 能精确控制薄膜的组分，能制备大面积高质 量薄膜
2. 组分具有高度的均匀性 3. 易于调整组分，易于进行微量、均匀掺杂
4. 设备简单，成本低，适于产业化生产
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7
2. PZT铁电薄膜制备
2.1 PZT先驱溶液的合成
化学试剂 硝酸锆（Zr(NO3)4•5H2O） 乙酸铅（Pb(CH3COO)2•3H2O） 钛酸四丁酯（Ti (OC4H9)4） 乙二醇甲醚（HO(CH2)2OCH3）
100
(a) 500 0C
80
(b) 550 0C
(c) 600 0C
Βιβλιοθήκη Baidu60
40
20
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Voltage (V) 编辑课件ppt
• 综合比较各
温度下PZT铁 电薄膜的铁电、 介电、漏电流 性能，600度的 退火温度效果 最好。
13
3. PCZT铁电薄膜制备及性能研究
3.1 PCZT薄膜的制备
-60
-80 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
Electric Field (KV/cm)
80
(b)5500C
60
40
20
0
-20
-40
-60
-80 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
Electric Field (KV/cm)
用量（mol） 0.5
1.15（过量15%） 0.5 4.0
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PZT薄膜的制备流程
1. 计算出各原材料的质量或体积 2. 乙酸铅＋乙二醇甲醚，120℃回流加热30min 3. 硝酸锆＋乙二醇甲醚，加热搅拌 4. 钛酸四丁酯＋乙二醇甲醚，与上述两溶液混合 5. 搅拌12h后，定容、过滤 6. ITO/glass基片上以3000～5000r/min的速度匀胶