CaCu-,3-Ti-,4-O-,12-陶瓷高介電常數(shù)產(chǎn)生機理的研究.pdf

1、隨著微電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，微電子器件日益小型化和集成化。因此高介電常數(shù)材料在微電子器件中，特別是在動態(tài)隨機存儲器(DRAM)中有著廣泛的應(yīng)用前景。近年來一種不尋常的體心立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料CaCu3Th012(CCTO)由于其具有高介電常數(shù)而引起了研究人員的關(guān)注。目前這種材料的高介電常數(shù)的起源問題尚未得到完全澄清。而為了使這種新興的高介電常數(shù)材料能廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)業(yè)界，搞清CCTO高介電常數(shù)的產(chǎn)生機理就顯得尤為重要，本文就是針對這一問

2、題而做出了一些探討。 本論文首先通過對CCTO陶瓷樣品在氮氣氛(缺氧環(huán)境)和氧氣氛(富氧環(huán)境)中進行后處理后，研究不同功函數(shù)的電極和不同電極制備方法對樣品的介電性質(zhì)的影響，討論其高介電常數(shù)產(chǎn)生的物理機理。我們發(fā)現(xiàn)CaCu3ThOl2的高介電常數(shù)與樣品的表面電阻有著極大的聯(lián)系。當(dāng)樣品表面電阻達(dá)1．2×10'Q·em，即表面處于接近絕緣態(tài)的時候，樣品沒有明顯的空間電荷，電極接觸幾乎對樣品介電性質(zhì)無影響，其高介電常數(shù)來源于自身的晶界效

3、應(yīng)(即internalbarrierslayerscapacitor,IBLC)。當(dāng)樣品在氮氣中退火后，樣品內(nèi)空間電荷明顯增多，表面電阻降至3．1×lO7Ω·cm，表面處于半導(dǎo)態(tài)，這時以Pt(具有高的金屬功函數(shù)5．7eV)為電極的樣品介電常數(shù)相對于以Ag(具有小的金屬功函數(shù)4．4eV)為電極的樣品的介電常數(shù)有了很大的增強。在這種情形下，高介電常數(shù)不僅與IBLC效應(yīng)有關(guān)，還與電極和樣品表面形成的肖特基勢壘即電極接觸密切相關(guān)。所以，我們認(rèn)為

4、CCTO陶瓷的介電常數(shù)主要來源于其本身的晶界效應(yīng)，但在一定條件下也來源于電極接觸效應(yīng)。 本文還測量了CCTO陶瓷的介電溫度譜。并從介電溫度譜出發(fā)，分析了CCTO的載流子機理和介電弛豫機理。我們發(fā)現(xiàn)在低溫區(qū)CCTO的載流子主要是一價氧空位v0+，高溫區(qū)主要載流子是二價氧空位V0++。CCTO陶瓷的介電弛豫可以歸結(jié)為由晶粒／晶界和CCTO／電極界面附近氧空位引起的偶極子弛豫，而在超低溫下則應(yīng)歸結(jié)為電子跳躍越過CCTO／電極界面勢壘而