PNZT鐵電薄膜射頻濺射制備及性能研究.pdf

1、新型非揮發(fā)鐵電存儲器(FeRAM)與傳統(tǒng)的EEPROM和FLASH非揮發(fā)存儲器相比,具有操作電壓低、功耗低、信息保持時間長、寫操作速度快、抗輻射等優(yōu)異的特性,非常適合嵌入式應(yīng)用的要求。鐵電薄膜是鐵電存儲器的關(guān)鍵組成部分,本論文對FeRAM用鐵電薄膜進行了實驗研究。
　　根據(jù)嵌入式鐵電存儲器對鐵電材料的要求,本文選擇PZT(53/47)作為理想的嵌入式鐵電存儲器用材料,并對PZT材料進行摻雜改性。使用固相反應(yīng)技術(shù)制備出了Pb過量20

2、mol％,Nb摻雜4mol%的PZT靶材,靶材表面無裂紋,致密性好。用射頻磁控濺射法在Pt/TiO2/SiO2/Si(100)結(jié)構(gòu)襯底上制備一系列PNZT鐵電薄膜,討論了濺射參數(shù)對PNZT薄膜性能的影響,得到了最優(yōu)的制備PNZT薄膜的工藝條件是:濺射工作氣壓2Pa,基片溫度300℃,濺射氣氛純Ar氣,退火溫度650℃,退火時間10分鐘。為了改善PNZT鐵電薄膜的鐵電性能和疲勞性能,我們在PNZT鐵電薄膜和Pt電極之間加入一層BaPbO3

3、緩沖層。研究表明,BPO緩沖層可以改善PNZT薄膜的鐵電性能,提高薄膜的抗疲勞特性。BPO/PNZT/BPO/Pt/TiO2/SiO2/Si是一種優(yōu)化的,適用于鐵電存儲器的鐵電薄膜結(jié)構(gòu)。從不同BPO緩沖層厚度的PNZT鐵電薄膜的性能分析,指出BPO緩沖層厚度在約80nm左右時,薄膜的鐵電性能和疲勞特性變好。同樣,用固相反應(yīng)法制備出BPO陶瓷。XRD測試表明陶瓷為純鈣鈦礦相。我們重點研究了BPO薄膜的晶化溫度、濺射氣氛以及退火溫度對PNZ

4、T/BPO薄膜微結(jié)構(gòu)和鐵電性的影響。總結(jié)出制備BPO緩沖層的最佳工藝是:濺射工作氣壓6Pa,基片溫度250℃,濺射氣氛為Ar/O2=9:1,退火溫度600℃,退火時間15分鐘。根據(jù)這個條件在Pt襯底上制備了BPO/PNZT/BPO鐵電薄膜,測試結(jié)果表明,PNZT薄膜具有較好的鐵電性能,當施加的電場約370kV/cm時,薄膜的剩余極化強度 Pr是38.3μC/cm2,矯頑電場Ec是75kV/cm。經(jīng)109極化開關(guān)后,剩余極化值基本保持不變