氧化物過渡層材料的制備及其對(duì)BST薄膜結(jié)構(gòu)與介電性能的影響研究.pdf

1、鈣鈦礦型氧化物薄膜鈷酸鍶鑭(La1.xSrxCoO3，LSCO)、銅酸釓(Gd2CuO4)作為鐵電薄膜鈦酸鍶鋇(BST)電容器與傳感器等的過渡層已成為研究熱點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于微電子和光電子領(lǐng)域。本文采用溶膠-凝膠法制備LSCO、Gd2CuO4薄膜，研究了溶膠的工藝配比、原料組成(La/Sr摩爾比)、熱處理工藝等因素對(duì)過渡層薄膜性能的影響，并以LSCO、Gd2CuO4薄膜作為BST薄膜的過渡層，研究LSCO、Gd2CuO4薄膜對(duì)BST薄膜結(jié)構(gòu)

2、及介電性能的影響。
　　 采用溶膠-凝膠法制備了La1-xSrxCoO3前驅(qū)體溶液，研究了Sr含量對(duì)LSCO薄膜性能的影響規(guī)律。隨著Sr含量的增大，LSCO的電阻率呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，當(dāng)Sr摻量在0.5時(shí)LSCO的電阻率達(dá)到最小為2.5×10-2Ω·cm；進(jìn)一步研究了溶膠配比對(duì)La0.5Sr0.5CoO3薄膜電阻率的影響，當(dāng)H2O的用量為6mL，乙醇與乙酸體積比為4:1，乙酰丙酮用量為2mL時(shí)，La0.5Sr0.5CoO3薄

3、膜電阻率最小為2.16×10-2Ω·cm；采用正交試驗(yàn)研究熱處理工藝對(duì)La0.5Sr0.5CoO3薄膜電阻率的影響規(guī)律，當(dāng)預(yù)處理溫度為300℃，退火溫度為750℃，時(shí)間為600s時(shí)得到的La0.5Sr0.5CoO3薄膜電阻率較小，為3.29×10-2Ω·cm；研究退火溫度對(duì)La0.5Sr0.5CoO3薄膜電阻率的影響規(guī)律，得出最佳退火溫度為750℃，此時(shí)得到的La0.5Sr0.5CoO3薄膜電阻率為2.3×10-2Ω·cm。采用XRD、

4、SEM等手段進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示La0.5Sr0.5CoO3薄膜結(jié)晶良好，具有明顯的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，晶粒大小均勻，無裂紋空洞等。
　　 采用溶膠-凝膠法制備了Gd2CuO4薄膜，研究了熱處理工藝對(duì)Gd2CuO4薄膜電阻率的影響規(guī)律，當(dāng)預(yù)處理溫度為350℃，退火溫度為750℃，處理時(shí)間為300s時(shí)Gd2CuO4薄膜電阻率值為3.1097Ω·cm；研究退火溫度對(duì)Gd2CuO4薄膜電阻率的影響規(guī)律，得出最佳退火溫度為750℃，此時(shí)得到的Gd

5、2CuO4薄膜電阻率最小值為0.2990Ω·cm；沉積在Pt上的Gd2CuO4薄膜經(jīng)750℃退火處理，在頻率為1kHz時(shí)有最大介電常數(shù)14633，此時(shí)介質(zhì)損耗為4.26。Gd2CuO4薄膜結(jié)晶良好，具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，薄膜表面致密，晶粒大小均勻，但略有裂紋等。
　　 研究了Sr摻加量對(duì)Gd2CuO4薄膜介電性能的影響規(guī)律。隨Sr2+摻入量的增加，薄膜的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗先增大后減??；摻入量為0.2時(shí)，薄膜的介電常數(shù)在頻率為1kHz時(shí)

6、值為211.94。其介質(zhì)損耗與未摻加的Gd2CuO4薄膜相比有所下降。即摻入0.2的Sr2+，不僅提高了Gd2CuO4薄膜的介電常數(shù)，還降低了介質(zhì)損耗。
　　 研究了La摻加量對(duì)Gd2CuO4薄膜介電性能的影響規(guī)律。摻入La3+后薄膜的介電常數(shù)減小，且隨著La3+摻入量增加，對(duì)薄膜介電常數(shù)的影響程度越來越小，當(dāng)La3+摻量為0.4時(shí)，對(duì)薄膜的介電常數(shù)影響最小，當(dāng)頻率為1kHz時(shí)，介電常數(shù)為140.83。隨著摻加量的增加，介質(zhì)損耗

7、先降低后升高，摻量為0.4時(shí)值最大，但與未摻加的Gd2CuO4薄膜相比，介質(zhì)損耗有所下降。即摻入La3+后Gd2CuO4薄膜的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗都有所下降。
　　 沉積在Pt電極上的Ba1-xSrxTiO3薄膜，在x=0.5時(shí)，Ba0.5Sr0.5TiO3具有最大的介電常數(shù)，最低的介質(zhì)損耗。BST為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，結(jié)晶良好，無空洞裂紋等缺陷。以La0.5Sr0.5CoO3薄膜為過渡層，分別在La0.5Sr0.5CoO3/SiO2/S

8、i、La0.5Sr0.5CoO3/Pt/SiO2/Si、Pt/La0.5Sr0.5CoO3/SiO2/Si襯底上沉積了Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜，結(jié)果表明以LSCO/SiO2/Si為襯底、退火溫度為750℃、測(cè)試頻率為1kHz時(shí)BST薄膜具有較大的介電常數(shù)及較小的介質(zhì)損耗，其值分別為92.13和0.66。以Gd2CuO4薄膜為過渡層，分別在Gd2CuO4/SiO2/Si、Gd2CuO4/Pt/SiO2/Si、Pt/Gd2CuO4/