ZnO-BNT-LNO-Si鐵電薄膜晶體管的制備及表征.pdf

1、鐵電柵薄膜晶體管(Ferroelectric-gate thin-film transistor，F(xiàn)GT)由于其具有非揮發(fā)特性，而且單元結(jié)構(gòu)和制備工藝簡單、鐵電薄膜層與半導體溝道層的界面特性好、容易大面積集成、可實現(xiàn)全外延結(jié)構(gòu)和柔性器件，成為了一種受歡迎的鐵電存儲器結(jié)構(gòu)。然而，為了得到較好的性能，目前的FGT堆垛結(jié)構(gòu)中的鐵電薄膜一般是在特殊的基底(如SrTiO3)上外延生長而得到，昂貴的基底和與當前成熟的硅工藝的不兼容性顯然會限制FGT

2、的應用和發(fā)展。于是在硅基底上制備高質(zhì)量的FGT具有很重要的意義。本論文以硅為襯底，選用LaNiO3(LNO)同時作為底柵電極和模板層，首先得到高質(zhì)量的擇優(yōu)取向Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)鐵電薄膜，繼而制備出ZnO/BNT/LNO/Si FGT單元器件。具體工作和結(jié)果概括如下：
　　1.導電氧化物電極LNO薄膜的制備與表征
　　采用脈沖激光沉積法(PLD)在Si基底上制備了導電氧化物LNO薄膜，研究了基底溫度

3、(450℃-750℃)和沉積氧壓(50mTorr-200mTorr)對LNO薄膜微觀結(jié)構(gòu)和電學性能的影響。結(jié)果表明：(1)隨著基底溫度的升高，LNO薄膜的結(jié)晶性得到改善；基底溫度為600℃時，結(jié)晶性最好；溫度過高時，有雜相產(chǎn)生。(2)隨著氧壓的增加，LNO薄膜的(110)取向度逐漸增強，薄膜電阻率減小。(3)在600℃基底溫度和200mTorr氧壓條件下制備的LNO薄膜具有相對較好的性能，其電阻率為1.26mΩ·cm，且表面平整致密，滿

4、足作為模板層和底電極的要求。
　　2.BNT/LNO/Si異質(zhì)結(jié)的制備與表征
　　采用PLD方法分別在Pt/Ti/SiO2/Si、LNO/exact-Si(平坦Si)和LNO/miscut-Si(斜切Si)基底上沉積了BNT鐵電薄膜，分別研究了底電極和襯底對BNT薄膜生長的影響。結(jié)果表明：(1)以Pt作為電極制備的BNT薄膜主要沿c軸取向生長，而以LNO作為電極制備的BNT薄膜主要沿(117)和(200)取向生長；LNO電極

5、上生長的BNT薄膜有更大的剩余極化和介電常數(shù)。(2)對比平坦Si基底上生長的樣品，在斜切Si基底上生長的BNT薄膜呈現(xiàn)出a軸擇優(yōu)取向，且表面更加平整，表面粗糙度較小，具有更大的極化和介電常數(shù)。
　　3.ZnO/BNT/LNO/miscut-Si FGT的制備與表征
　　基于上述研究，在斜切Si基底上，采用PLD方法依次制備了LNO底電極、BNT鐵電薄膜絕緣層和ZnO溝道層，形成了ZnO/BNT/LNO/miscut-Si F