襯底溫度及Gd摻雜對(duì)HfO2薄膜結(jié)構(gòu)與性能的影響.pdf

1、本論文采用反應(yīng)射頻磁控濺射技術(shù)制備了一系列不同襯底溫度的HfO2薄膜及不同Gd摻雜量的HfGdO薄膜，其中對(duì)于HfGdO薄膜，通過(guò)改變Gd靶材的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)薄膜中[Gd]/[Hf+Gd]原子比(其值介于0-72％)。采用電子探針顯微鏡(EPMA)、X-射線衍射(XRD)分析儀、原子力顯微鏡(AFM)、紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)、室溫光致熒光光譜對(duì)薄膜進(jìn)行了表征，分別研究了襯底溫度對(duì)HfO2薄膜及Gd摻雜量對(duì)HfGdO薄膜的成分、結(jié)構(gòu)、表面形貌

2、以及光學(xué)特性的影響。研究結(jié)果表明:襯底溫度和Gd摻雜量對(duì)HfO2薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌和性質(zhì)有著重要的影響。隨著襯底溫度的增加，表面粗糙度逐漸降低;多重分形譜結(jié)果顯示:隨著襯底溫度的升高，Δα值逐漸降低，薄膜表面高度分布趨于均勻。所制備的HfO2薄膜均為單斜相結(jié)構(gòu)，隨著襯底溫度的增加，薄膜沿(-111)晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)明顯，晶粒尺寸呈增大的趨勢(shì)，晶格膨脹受薄膜的晶粒尺寸影響較明顯。HfO2薄膜的光學(xué)帶隙分別為5.72eV(RT)、5.76eV(2

3、00℃)、5.68eV(400℃)、5.73eV(600℃)。Gd含量和退火處理對(duì)HfGdO薄膜結(jié)構(gòu)有著重要的影響，隨著Gd含量的增加，薄膜結(jié)構(gòu)變化:HfO2(單斜相)→Gd2Hf2O7(立方相，Gd:22％～38％)→(GdHf)2O3(立方相，Gd:56％～72％))。經(jīng)800℃退火處理后，38％Gd-Gd2Hf2O7薄膜有四方相HfO2析出，而72％Gd-(GdHf)2O3薄膜有相分離的現(xiàn)象。隨著Gd含量的增加，薄膜的表面粗糙度和