用于鐵電存儲器的Bi-,4-Ti-,3-O-,12-薄膜材料的制備及性能研究.pdf

1、近年來，鈦酸鉍（Bi4Ti3O12，BIT）鐵電薄膜材料及薄膜器件成為國內(nèi)外科學工作者研究的熱點。Bi4Ti3O12薄膜材料與Si單晶的晶格失配度小，易與硅半導體集成電路兼容，對于鐵電存儲器有著廣闊的應用前景。因此對于鐵電薄膜的制備、結構及性能的研究具有重要的意義。本文對Si襯底和Pt/Ti/SiO2/Si襯底Bi4Ti3O12薄膜的Sol－Gel法制備工藝及鐵電性能進行了實驗研究。在總結和分析Bi4Ti3O12鐵電薄膜研究現(xiàn)狀的基礎上

2、，通過實驗探索Bi4Ti3O12薄膜的工藝參數(shù)和工藝流程的優(yōu)化，分別在Si襯底和Pt/Ti/SiO2/Si襯底上制備了Bi4Ti3O12薄膜；通過XRD微觀分析手段對鈦酸鉍薄膜的晶格結構進行了分析，直接淀積在Si襯底上的Bi4Ti3O12薄膜在600－800℃退火溫度下均未出現(xiàn)焦綠石等雜相，而且隨退火溫度升高其沿c軸取向生長的比重增加。而淀積在Pt/Ti/SiO2/Si襯底上時，退火溫度超過800℃后，薄膜中會出現(xiàn)焦綠石相，其生長取向隨

3、退火溫度無明顯變化；通過SEM微觀分析手段對鈦酸鉍薄膜的表面形貌進行了分析，650℃對應的薄膜表面形貌最好，觀察到很少的針孔。晶粒尺寸大約在數(shù)十個納米左右。晶粒均勻而且致密，呈不規(guī)則球柱狀，晶粒清晰可辨，說明制備的Bi4Ti3O12薄膜結晶情況良好。用慢正電子束測量了不同退火溫度處理的Si襯底Bi4Ti3O12薄膜的S參數(shù)與入射正電子能量E的關系，研究退火溫度對Bi4Ti3O12薄膜及表面、界面缺陷的影響。在測試的基礎上討論了Pt/Ti

4、/SiO2/Si襯底Bi4Ti3O12鐵電薄膜的J-V特性。討論了金屬－鐵電薄膜形成的整流接觸對正反向電流不對稱的影響，以及不同電壓范圍的導電機制。在研究了不同退火溫度處理下鈦酸鉍薄膜的電滯回線的基礎上，探討了工藝條件及襯底選取對薄膜鐵電性能的影響。鐵電性隨退火溫度的變化是尺寸效應和Bi4Ti3O12中載流子兩種因素共同作用的結果。在650℃退火溫度處理的Si襯底Bi4Ti3O12薄膜剩余極化為11.25μC/cm2，矯頑場為47.2k