鐵電薄膜的頻率依賴關(guān)系研究.pdf

1、鐵電存儲器(FeRAM)與傳統(tǒng)的EEPROM和FLASH存儲器相比具有操作電壓低、功耗低、存儲密度大、讀寫時間短等優(yōu)點,被認(rèn)為是最具潛力的存儲器之一。鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜抗疲勞性能好,自發(fā)極化大、保持性能好以及無鉛化學(xué)成分,是取代鉛基材料成為新的鐵電存儲器首選材料。制備高性能的薄膜是進(jìn)行鐵電存儲器研究設(shè)計的基礎(chǔ),本文首先對鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)薄膜制備工藝進(jìn)行分析,同時對其頻率依賴關(guān)系進(jìn)行探索。
　　本文采用化學(xué)溶液沉積法(CSD)

2、在Pt/Ti/SiO2/Si基片上沉積制備Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)鐵電薄膜。利用X射線衍射分析儀(XRD)、電子掃描顯微鏡(SEM)對樣品進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)和形貌分析。分析結(jié)果表明BNT薄膜具有典型的鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu),呈現(xiàn)(00l)、(117)混合結(jié)晶取向,由大小為100nm-500nm的晶粒組成,樣品表面光滑無裂紋,厚約600 nm。然后對BNT薄膜進(jìn)行電滯回線(P-E)、電流-電壓特性(I-V)測量,結(jié)果表明BNT薄

3、膜具有良好的鐵電性能,最大剩余極化Pr為22μC/cm2,且漏電流小于10-8A(外加電壓5V)。
　　利用鐵電分析儀研究了不同退火條件、不同的Nd離子摻雜比例等工藝條件對BNT薄膜鐵電性能的影響。通過對不同摻雜比例的薄膜電滯回線進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)當(dāng)Nd離子的摻雜濃度為0.85時BNT薄膜具有最好的鐵電性,在外加電場300kV/cm時最大極化值(Pmax)達(dá)到41μC/cm2。分析了在不同的退火環(huán)境中制備的BNT薄膜的電滯回線,表明氧

4、氣中退火的薄膜性能優(yōu)于氮氣退火的薄膜;在不同溫度退火制備的BNT薄膜電滯回線表明,在750℃下退火制備的BNT薄膜具有最大的剩余極化值,矩形度最好。
　　通過改變測試頻率,分別對BNT和[Bi(Zn0.5,Ti0.5)O3]0.03[Pb(Zr0.4,Ti0.6)O3]0.97(BZT-PZT)薄膜的頻率依賴關(guān)系進(jìn)行分析。結(jié)果表明兩種薄膜電滯回線具有很強的頻率依賴性,隨著測試頻率的增加,電滯回線呈現(xiàn)內(nèi)縮的趨勢。在兩種不同的薄膜中,