鈦酸鍶鋇(BST)薄膜的射頻濺射沉積及性能研究.pdf

1、單片式非制冷紅外焦平面陣列(UFPA)技術(shù)的發(fā)展需求對(duì)開發(fā)新型性能優(yōu)良的鐵電薄膜及其低溫制備技術(shù)提出了迫切要求,由于(BaSr)TiO<,3>(簡(jiǎn)稱BST)是一種性能優(yōu)良的鐵電材料,適當(dāng)組分BST的居里溫度Tc位于室溫附近,材料優(yōu)質(zhì)因子高,制備技術(shù)簡(jiǎn)單,能夠滿足高性能Si基集成UFPA的要求.為了制備滿足Si基集成的UFPA,該論文開展了BST薄膜的低溫生長(zhǎng)研究.首先,該論文開展了筒形BST陶瓷靶材的燒結(jié)工藝研究,通過(guò)大量實(shí)驗(yàn),確定了最

2、佳燒結(jié)工藝的燒結(jié)溫度為1 400℃、保溫2小時(shí).所制備的靶材結(jié)構(gòu)致密、晶粒發(fā)育良好、分布均勻,介電常數(shù)達(dá)10<'4>,居里溫度為20℃.開展了對(duì)Pt/Ti/SiO<,2>/Si基底熱處理工藝與BST同質(zhì)緩沖層研究,總結(jié)出了可以確保基底界面性能良好、BST薄膜結(jié)構(gòu)致密的工藝方法.先在室溫沉積一層較薄BST薄膜,再高溫退火得到BST同質(zhì)緩沖層,然后再在同質(zhì)緩沖層上高溫沉積BST薄膜,這種工藝避免了Pt/Ti之間的界面反應(yīng).在制備出性能優(yōu)良的

3、靶材的基礎(chǔ)上,該論文采用RF濺射法在Pt/Ti/SiO<,2>/Si上沉積BST薄膜.系統(tǒng)研究了基片溫度、濺射氣體壓強(qiáng)、O<,2>/Ar和濺射功率等對(duì)薄膜表面形貌、結(jié)晶情況的影響,優(yōu)化了BST薄膜生長(zhǎng)的工藝參數(shù),制備出了薄膜結(jié)構(gòu)致密、表面平整、結(jié)晶良好的BST薄膜.測(cè)量了BST薄膜的介電性能,測(cè)試結(jié)果表明:在0V偏壓下,BST薄膜的介電常數(shù)約為60~70,介電損耗為1.5％~2.5％,居里溫度為284K,介電溫度系數(shù)(TCD)為O.5％