底電極與緩沖層對（Ba，Sr）TiO-,3-組分梯度薄膜電學(xué)性能的影響.pdf

1、本文研究了濺射的沉積工藝參數(shù)對 Pt 電極上沉積的BST組分梯度薄膜微結(jié)構(gòu)與電學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：BST組分梯度薄膜晶粒大小和晶化程度隨著襯底溫度的升高而提高，600℃下沉積的 BST 薄膜介電常數(shù)較大，介電損耗和漏電流密度較小；工作氣壓則直接影響到薄膜的沉積速率和表面形貌，在3.0 Pa附近獲得了最高的沉積速率、致密的結(jié)構(gòu)和良好的電學(xué)性能。綜合各種工藝參數(shù)得到沉積 BST 薄膜的最佳工藝為：襯底溫度600℃，O<,2>∶Ar=

2、1/2，工作氣壓3.0 Pa。在最佳工藝條件下在Pt電極上沉積的下梯度 BST 薄膜結(jié)晶良好，薄膜結(jié)構(gòu)致密，晶粒生長均勻，晶粒尺寸在70 nm 左右。在100 kHz時BST薄膜的介電常數(shù)ε為353.4，介電損耗tanδ為0.0186，介電可調(diào)為23.8％，在375 kV/cm外電場下薄膜的剩余極化2P<,r>為2.13μC/cm<'2>，矯頑場E<,c>為23.1kV/cm，75 kV/cm外電場下薄膜的漏電流為1.18×10<'-6

3、>A/cm<'2>左右。 考慮到Pt作為 BST 薄膜的底電極材料在制作微圖形時難以刻蝕，我們在Ru、RuO<,2>和RuO<,2>/Pt電極上制備了 BST 下梯度膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Ru和RuO<,2>電極上制備的BST薄膜介電損耗和漏電流密度都明顯高于Pt電極上制備的BST薄膜，因此還不能完全用Ru和RuO<,2>電極代替Pt電極。RuO<,2>/Pt復(fù)合電極上沉積的BST組分梯度薄膜在100 kHz時的ε為 324.8，t

4、anδ為0.0199，介電可調(diào)可以達(dá)到31.2％；400kV/cm電場下，2P<,r>為4.26μC/cm<'2>，E<,c>為36 kV/cm；在75kV/cm 外電場下的漏電流為2.29×10<'-6>A/cm<'2>。這些電性能參數(shù)與Pt電極上BST薄膜相近，因此用 RuO<,2>/Pt復(fù)合電極可以替代Pt作為微電子器件的電極材料。 為了改善BST組分梯度薄膜與Pt電極間的界面結(jié)構(gòu)，提高薄膜的電學(xué)性能，我們在下梯度BST薄

5、膜與Pt電極之間插入了幾種不同的緩沖層材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：YSZ和Ta<,2>O<,5>緩沖層的厚度對BST電學(xué)性能影響比較明顯，YSZ緩沖層上沉積的BST薄膜介電損耗和漏電流都比較小，但鐵電性能比較差。LNO和YBCO緩沖層能夠有效的促進(jìn)BST薄膜晶粒的生長，在YBCO緩沖層上沉積的BST組分梯度薄膜晶粒尺寸較大，介電常數(shù)和鐵電性能均比較好，但薄膜的漏電流密度比較大。而YSZ/YBCO復(fù)合緩沖層上沉積的BST薄膜，其介電性能與Pt電極