用于鐵電存儲(chǔ)器的Bi-,4-Ti-,3-O-,12-薄膜材料的制備及性能研究.pdf

1、近年來，鈦酸鉍（Bi4Ti3O12，BIT）鐵電薄膜材料及薄膜器件成為國(guó)內(nèi)外科學(xué)工作者研究的熱點(diǎn)。Bi4Ti3O12薄膜材料與Si單晶的晶格失配度小，易與硅半導(dǎo)體集成電路兼容，對(duì)于鐵電存儲(chǔ)器有著廣闊的應(yīng)用前景。因此對(duì)于鐵電薄膜的制備、結(jié)構(gòu)及性能的研究具有重要的意義。本文對(duì)Si襯底和Pt/Ti/SiO2/Si襯底Bi4Ti3O12薄膜的Sol－Gel法制備工藝及鐵電性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在總結(jié)和分析Bi4Ti3O12鐵電薄膜研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上

2、，通過實(shí)驗(yàn)探索Bi4Ti3O12薄膜的工藝參數(shù)和工藝流程的優(yōu)化，分別在Si襯底和Pt/Ti/SiO2/Si襯底上制備了Bi4Ti3O12薄膜；通過XRD微觀分析手段對(duì)鈦酸鉍薄膜的晶格結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，直接淀積在Si襯底上的Bi4Ti3O12薄膜在600－800℃退火溫度下均未出現(xiàn)焦綠石等雜相，而且隨退火溫度升高其沿c軸取向生長(zhǎng)的比重增加。而淀積在Pt/Ti/SiO2/Si襯底上時(shí)，退火溫度超過800℃后，薄膜中會(huì)出現(xiàn)焦綠石相，其生長(zhǎng)取向隨

3、退火溫度無明顯變化；通過SEM微觀分析手段對(duì)鈦酸鉍薄膜的表面形貌進(jìn)行了分析，650℃對(duì)應(yīng)的薄膜表面形貌最好，觀察到很少的針孔。晶粒尺寸大約在數(shù)十個(gè)納米左右。晶粒均勻而且致密，呈不規(guī)則球柱狀，晶粒清晰可辨，說明制備的Bi4Ti3O12薄膜結(jié)晶情況良好。用慢正電子束測(cè)量了不同退火溫度處理的Si襯底Bi4Ti3O12薄膜的S參數(shù)與入射正電子能量E的關(guān)系，研究退火溫度對(duì)Bi4Ti3O12薄膜及表面、界面缺陷的影響。在測(cè)試的基礎(chǔ)上討論了Pt/Ti

4、/SiO2/Si襯底Bi4Ti3O12鐵電薄膜的J-V特性。討論了金屬－鐵電薄膜形成的整流接觸對(duì)正反向電流不對(duì)稱的影響，以及不同電壓范圍的導(dǎo)電機(jī)制。在研究了不同退火溫度處理下鈦酸鉍薄膜的電滯回線的基礎(chǔ)上，探討了工藝條件及襯底選取對(duì)薄膜鐵電性能的影響。鐵電性隨退火溫度的變化是尺寸效應(yīng)和Bi4Ti3O12中載流子兩種因素共同作用的結(jié)果。在650℃退火溫度處理的Si襯底Bi4Ti3O12薄膜剩余極化為11.25μC/cm2，矯頑場(chǎng)為47.2k