MFIS結(jié)構(gòu)電容器的制備及其中子輻射效應(yīng)研究.pdf

1、具有金屬-鐵電-絕緣-半導(dǎo)體(Metal-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor，MFIS)結(jié)構(gòu)的鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Ferroelectric Field Effect Transistor，F(xiàn)eFET)因具有存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高存儲(chǔ)密度、低功耗、高存取速度、抗輻射和非破壞性讀出等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是下一代新型存儲(chǔ)器的發(fā)展趨勢(shì)，在未來(lái)空天飛行器上有著非常誘人的應(yīng)用前景。然而空間環(huán)境是一個(gè)復(fù)雜交錯(cuò)的綜合輻射環(huán)境，

2、存在于空間輻射環(huán)境中的X射線、伽馬射線、中子流以及?粒子等射線粒子，由于各自的電荷、質(zhì)量和能量不同，它們對(duì)鐵電薄膜的作用效應(yīng)也不相同，造成的損傷程度也不一樣。因此清晰地了解鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管的抗輻射性能機(jī)理是非常有必要的。本文以 MFIS型鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管的原理型器件—MFIS電容為研究對(duì)象，其中絕緣層為SrTiO3(STO)，鐵電層為Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)，通過(guò)溶膠-凝膠法制備出了Pt/BNT/STO/Si結(jié)構(gòu)電

3、容器，研究了不同注量中子輻射對(duì)Pt/BNT/STO/Si結(jié)構(gòu)電容器微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響。主要?jiǎng)?chuàng)新性研究成果如下：
　　(1)采用溶膠-凝膠法在p-Si(100)上依次沉積了STO薄膜和BNT薄膜，鍍上Pt電極后得到 Pt/BNT/STO/Si結(jié)構(gòu)電容的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了測(cè)試分析。發(fā)現(xiàn)我們制備的STO薄膜表現(xiàn)出了極好的介電性能和絕緣性能。Pt/BNT/STO/Si結(jié)構(gòu)在飽和時(shí)候的窗口電壓可達(dá)2.5 V，漏電流密度低于10-8 A/c

4、m2，保持時(shí)間達(dá)到了7.5 h。性能良好的Pt/BNT/STO/Si結(jié)構(gòu)電容器為中子輻射實(shí)驗(yàn)的順利開展奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)經(jīng)1.0×1015 n/cm2和1.0×1014 n/cm2注量中子輻射后，對(duì)Pt/BNT/STO/Si結(jié)構(gòu)電容器的微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能進(jìn)行了表征，對(duì)比分析了輻射前后結(jié)構(gòu)與性能的變化。在晶體結(jié)構(gòu)方面，注量為1.0×1015 n/cm2的中子輻射對(duì)BNT薄膜的晶體結(jié)構(gòu)改變不大，輻射后依然保持鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；在