Ti1-2xAlxNbxO2陶瓷及薄膜介電性質(zhì)的研究.pdf

1、隨著微電子技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，微電子器件變得越來(lái)越小型化與集成化。因此，在微電子器件中，特別是在動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)中，高介電常數(shù)材料有著廣泛的應(yīng)用前景。最近，共摻有(In+Nb)的金紅石TiO2陶瓷介電性能的研究由Hu等人發(fā)表在Nat.Mater.上。該陶瓷具有10000以上介電常數(shù)的同時(shí)也具有低于5％以下的介電損耗，并且具有很好的頻率(100Hz-1MHz)、溫度(25K-450K)穩(wěn)定性，此研究非常有利于DRAM的發(fā)展與應(yīng)用。

2、在這篇論文中，作者提出的電子釘扎缺陷偶極子效應(yīng)理論，合理地解釋了Ti1-2xInxNbxO2陶瓷的優(yōu)異介電性能機(jī)制?；谶@個(gè)理論，我們研究了Ti1-2xAlxNbxO2陶瓷（TiO2粉末為銳鈦礦型A相）的介電性能，我們發(fā)現(xiàn)該陶瓷也具有很好的介電性能，同時(shí)我們用脈沖激光沉積(PLD)的方法將Ti0.96Al0.02Nb0.02O2陶瓷在室溫的條件下沉積在Pt/Ti/SiO2/Si基底上，研究Ti0.96Al0.02Nb0.02O2沉積薄膜

3、的介電性能，也表現(xiàn)出良好的介電性能。具體內(nèi)容如下:
　　(1)通過(guò)傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法制備了一系列不同Al、Nb摻雜量的Ti1-2xAlxNbxO2(x=0.005、0.01、0.02、0.05)陶瓷，摸索出了具有優(yōu)異介電性能的最佳制備條件:在摻雜量為x=0.02時(shí)，1500℃下空氣氣氛中燒結(jié)10h。通過(guò)對(duì)樣品的微觀結(jié)構(gòu)分析、元素價(jià)態(tài)分析、高低和溫常溫介電性能分析，我們發(fā)現(xiàn)陶瓷由銳鈦礦型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石相結(jié)構(gòu)，陶瓷具有很高的致密性，A

4、l3+和Nb5+很好的代替了Ti4+而不是形成雜質(zhì)，Al與Nb元素都均勻的分布于陶瓷中。介電性能有很好的頻率穩(wěn)定性以及溫度穩(wěn)定性。最后，我們又制備了一系列銳鈦礦TiO2(A)共摻雜(Zn+Nb)、(Ag+Nb)的燒結(jié)陶瓷，因此，電子釘扎缺陷偶極子并不僅僅限于對(duì)稱價(jià)態(tài)的共摻雜離子（例如In3+和Nb5+、Al3+和Nb5+等），也可以存在于低價(jià)離子摻雜（例如，Zn2+、Ag1+，Nb5+保持不變）。這類巨介電低損耗陶瓷的合成有利于降低摻雜

5、量，減少成本。
　　(2)本文在室溫下通過(guò)PLD的方法制備了Ti0.96Al0.02Nb0.02O2薄膜，通過(guò)對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)分析、價(jià)態(tài)分析、常溫介電性能分析，我們發(fā)現(xiàn)薄膜是非晶態(tài)的。通過(guò)(Al+Nb)摻雜的方法明顯的提高了TiO2薄膜的介電性能。Ti0.96Al0.02Nb0.02O2非晶薄膜的介電常數(shù)比純TiO2的本征介電常數(shù)（170左右）提高了20倍左右，最低也達(dá)到了3182，同時(shí)，介電損耗最小可達(dá)到7.4％。Ti0.96Al0