高介電常數(shù)CaCu-,3-Ti-,4-O-,12-薄膜制備及其性能研究.pdf

1、高介電常數(shù)CaCu3Ti4012薄膜制備及其性能研究中文摘要中文摘要隨著微電子器件的尺寸進(jìn)一步的減小，高介電常數(shù)材料在微電子器件中，特別是在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)的應(yīng)用中，扮演著重要的角色。近年來(lái)一種不尋常的鈣欽礦結(jié)構(gòu)的材料CaCu3Ti40i2(CCTO)由于其具有高介電常數(shù)而引起了研究人員的關(guān)注。目前對(duì)這種材料的研究主要集中在體材料上，對(duì)其薄膜研究基本上還局限于單晶基片上生長(zhǎng)的薄膜。而考慮與集成電路的相兼容問(wèn)題，在硅基上制備出高

2、質(zhì)量的CCTO薄膜顯得尤為的重要，而在這方面的報(bào)道目前還尚未見(jiàn)到。本論文通過(guò)脈沖激光沉積法(PLD)在PtTiSi02Si(100)基片上沉積CCTO薄膜，通過(guò)改變薄膜的沉積溫度和沉積氣壓等條件，利用X射線(xiàn)衍射方法(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)等薄膜結(jié)構(gòu)表征手段，獲得了一組優(yōu)化的薄膜沉積條件。在基片溫度高于7000C沉積氣壓大于13.3Pa的條件下，制備出的薄膜的呈現(xiàn)了較好的鈣欽礦結(jié)構(gòu)，其介電性能與在單晶基片上生長(zhǎng)的薄膜是相吻合的

3、。同時(shí)我們還研究了薄膜的厚度對(duì)薄膜介電常數(shù)的影響，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了初步的解釋。本文還通過(guò)改變底電極的方式來(lái)提高CCTO薄膜的介電常數(shù)。我們發(fā)現(xiàn)不同的底電極，對(duì)CCTO薄膜的微結(jié)構(gòu)起著很大的影響。在薄膜沉積前，我們利用PLD先在PtTiSi仇Si基片上沉積了一層導(dǎo)電性能很好的LaNi氏(LNO)薄膜，并在此底電極上沉積CCTO薄膜，發(fā)現(xiàn)其介電性能得到了很大的改善。在LNOPtTiSiO2Si基片上沉積的厚度為350nm的CCTO薄膜，其室

4、溫介電常數(shù)在100KHz下為2300而相同厚度下在PtySiO2Si上沉積的CCTO薄膜的介電常數(shù)僅為12000在本論文中我們還著重研究了不同氣氛和不同溫度下的退火后處理對(duì)CCTO薄膜介電性質(zhì)的影響.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):CCTO薄膜在氧氣氛和氮?dú)夥盏牟煌瑴囟认峦嘶鸷?，將產(chǎn)生不同的介電性質(zhì)。經(jīng)過(guò)較高溫度的氮?dú)馔嘶鸷?，薄膜將出現(xiàn)非常明顯的低頻弛豫現(xiàn)象。而當(dāng)薄膜在氧氣中退火后，這種低頻弛豫現(xiàn)象將消失，并且當(dāng)氧氣退火溫度增加時(shí)，薄膜的介電常數(shù)有了較大的下

5、降。文中對(duì)這種現(xiàn)象提出了理論的解釋。高介電常數(shù)CaCu3Ti4012薄膜制備及其性能研究英文摘要AbstractWiththetrendofsizereductionofmanymicroelectronicdeviceshighdielectricconstantoxideshavebecomeincreasinglyimportantinmicroelectronicsespeciallyintheapplicationofdyna

6、micrandomaccessmemories(DRAM)devices.RecentlymuchatentionhasbeenpaidtoanunusualcubicperovskitematerialCaCu3Ti40l2(CCTO)becauseofitsextraordinarilyhighdielectricconstant.Howeverthestudyofthismaterialhasmainlyfocusedontheb

7、ulkmaterialandthestudyoftheCCTOfilmsisconfinedtotheonespreparedonthesinglecrystaloxidesubstrates.TherehasbeennoreportontheCCTOthinfilmsdepositedonSisubstrateswhicharemorecompatiblewithverylargescaleintegratedcircuitsthan

8、oxidesubstrates.InthisthesiswestudythedepositionconditionsoftheCCTOthinfilmsonPtTiSiO2Si(100)substratesbypulsedlaserdeposition(PLD).WiththehelpofXrayDifraction(XRD)andScanningElectronMicroscope(SEM)thinfilmswithpureperov

9、skitestructurewereobtainedatthesubstratetemperatureabove7000Candoxygenpressureabove13.3Pa.Thevaluesofthedielectricconstantandlossandtheirtemperaturedependenceunderdiferentfrequencyarecomparablewiththoseobtainedintheepita

10、xialCCTOfilmsgrownonoxidessubstrates.Inadditionwealsostudytheefectofthefilmthicknessonthedielectricconstant.Theresultsoftheexperimentsaretentativelydiscussed.InordertogetthehighervalueofthedielectricconstantoftheCCTOfilm

11、sLaNi03(LNO)havebeendepositedbyPLDasthebotomelectrode.ThemicrostructuresoftheCCTOthinfilmswereobviouslyafectedbythebotomelectrode.Theroomtemperaturedielectricconstantofthe350runthickCCTOfilmsonLaNiO3PtTiSiO2Sisubstratesa