類鈣鈦礦氧化物CaCu-,3-Ti-,4-O-,12-(CCTO)巨介電常數(shù)的產(chǎn)生機(jī)理及摻雜特性.pdf

1、高介電常數(shù)材料是當(dāng)今微電子行業(yè)熱門研究課題之一，它的應(yīng)用為解決當(dāng)前半導(dǎo)體器件因尺寸縮小而導(dǎo)致的柵氧層厚度極限問(wèn)題提供了可能。類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物CaCu3Ti4O12（以下簡(jiǎn)稱CCTO）由于異常高的介電常數(shù)和反常的介電特性而引起人們的關(guān)注。CCTO不僅具有很高的介電常數(shù)（達(dá)105），而且在相當(dāng)寬的溫區(qū)內(nèi)（100～400 K）介電常數(shù)保持不變，致使這類材料在高能量密度存儲(chǔ)以及高容量電容器等電子元件的微型化具有重要的應(yīng)用前景。但目前該材料也存

2、在以下不足：（1）、介電損耗較高，使其無(wú)法在實(shí)際中應(yīng)用；（2）介電性能對(duì)制備條件相當(dāng)敏感，材料穩(wěn)定性不夠好；（3）巨介電常數(shù)產(chǎn)生的機(jī)制至今沒(méi)有解決，影響對(duì)其性能的改進(jìn)。因此，為改善其介電損耗和結(jié)構(gòu)敏感性，使其在實(shí)際中廣泛應(yīng)用，對(duì)CCTO高介電常數(shù)的產(chǎn)生機(jī)理的研究成為亟待解決的重要問(wèn)題。
　　 本文采用傳統(tǒng)固相反應(yīng)法制備出CCTO純相陶瓷樣品。針對(duì)目前人們廣泛認(rèn)可卻仍有爭(zhēng)議的CCTO的外秉產(chǎn)生機(jī)理，如絕緣晶界和半導(dǎo)晶粒的內(nèi)部阻擋層

3、模型（即IBLC：internal barrier slayers capacitor），樣品與電極接觸的肖特基勢(shì)壘耗盡層模型等。我們用不同的分析方法對(duì)這些模型作出進(jìn)一步深入的研究，這些方法包括（1）、改變樣品表面和電極狀態(tài)并進(jìn)行阻抗譜和介電譜測(cè)量和分析；（2）、對(duì)樣品進(jìn)行電壓循環(huán)沖擊處理后，對(duì)其進(jìn)行阻抗譜和介電譜進(jìn)行研究：（3）、通過(guò)Mn摻雜分析其對(duì)介電常數(shù)的影響。其中，電壓循環(huán)沖擊處理分析部分是本論文的創(chuàng)新部分和特色所在，由此部分的

4、分析，我們發(fā)現(xiàn)與其它經(jīng)典半導(dǎo)體相比，CCTO有其不同尋常的特性，這可能是引起CCTO巨介電常數(shù)產(chǎn)生的直接原因。
　　 通過(guò)阻抗譜分析我們發(fā)現(xiàn)CCTO陶瓷中存在三種不同的非均勻介質(zhì)區(qū)域和極化過(guò)程，這三種介質(zhì)區(qū)域分別在不同程度上影響著材料的介電常數(shù)，利用等效電路對(duì)阻抗譜進(jìn)行擬合，計(jì)算得到這三種區(qū)域的激活能分別為0.05 eV，0.58 eV和O.49 eV。通過(guò)改變電極和對(duì)樣品表面進(jìn)行打磨處理并進(jìn)行詳細(xì)的電性測(cè)量，我們得出這三種不同