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《摻鑭釤Bi_2Ti_2O_7薄膜的制備及其性能研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、山東大學(xué)博士學(xué)位論文摻鑭（釤）Bi_2Ti_2O_7薄膜的制備及其性能研究姓名：楊雪娜申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：材料學(xué)指導(dǎo)教師：黃柏標(biāo)20050101山東大學(xué)博士學(xué)位論文摘要隨者微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件的特征尺寸按摩爾定律不斷縮小，SiC)2作為MOSFET(meal—oxide—semiconductorfieldeffecttransistor)的柵介質(zhì)材料在幾年之內(nèi)將不能滿足需求，以此為背景應(yīng)用于下一代MOSFET的高介電柵介質(zhì)材料就成為當(dāng)今微電子材料的研究熱點。要取代si02成為MOSFET器件里的柵
2、介質(zhì)，High．k材料必須具有與Si02／Si系統(tǒng)相似的性質(zhì)，使其與當(dāng)前的半導(dǎo)體工業(yè)兼容。因此，作為候選的Higll—k材料，要滿足以下幾方面的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)：(1)具有高的介電常數(shù)、高的勢壘和能隙；(2)在si上有良好的熱穩(wěn)定性；(3)非晶態(tài)柵介質(zhì)更理想；(4)具有良好的界面質(zhì)量；(5)與Si基柵兼容；(6)處理工藝的兼容性；(7)具有良好的可靠性和穩(wěn)定性等等。目前，任何一種有望替代Si02的柵介質(zhì)材料都不能完全滿足High—k材料的上述幾點要求，但是，在鈦酸鉍系列中，對Bi2Ti207這中材料的應(yīng)用前景比較看好。鈦酸
3、鉍系列具有復(fù)雜的組分和結(jié)構(gòu)，包括Bi2ThOll，Bi2Ti207，Bi4Ti3012，BisTiOi4和Bil2豇020等。其中對Bi4rri3012研究的比較多，而對Bi2Ti207研究的較少，起步較晚。但是有研究證明，Bi2Ti207的多晶薄膜具有較高韻介電常數(shù)和較低的漏電流，是目前研究的高介電常量材料中有望替代MOS(Metal—Oxide．Semiconductor)晶體管中傳統(tǒng)Si02柵絕緣層的材料之一，因此有著廣泛的應(yīng)用前景。Bi2Ti207薄膜適合在動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中作存儲媒體，使記憶單元面積減少
4、，從而實現(xiàn)超大規(guī)模集成；此外，它還能用作絕緣柵場效應(yīng)管的柵極材料，以提高絕緣柵場效應(yīng)管的跨導(dǎo)，降低開啟電壓，提高耐擊穿特性，減少器件尺寸。最近，它還在鐵電薄膜PZT、PST和Bi4rn3012的制各過程中，被用作緩沖層，以改善薄膜的電學(xué)性質(zhì)。Bi2Ti207材料除了上述優(yōu)點之外，還存在一個致命的缺點，那就是它的不穩(wěn)定性。Bi2Ti207是不穩(wěn)定相，在高溫處理時，容易轉(zhuǎn)變成Bi4Ti301z相。在制各陶瓷的過程中，可通過一定的離子摻雜，以提高Bi2Ti207相的穩(wěn)定性。但是在薄膜制備過程中，我們只見過對Bi4Ti30
5、12相薄膜進(jìn)行摻雜改性的報道和研究，對Bi2Ti207相薄膜的摻雜還未見報道。由于BhTi20，有著可喜的應(yīng)用價值。因此有必要對該材料的溫度穩(wěn)定性和性質(zhì)作進(jìn)一山東大學(xué)博士學(xué)位論文步的研究。為此，我們在BhTi20r中摻雜了部分La(Sm)元素，并對其化學(xué)穩(wěn)定性和電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。薄膜的制各方法有好多種，如金屬有機(jī)氣相沉積法、溶膠凝膠法、脈沖激光沉積法、金屬有機(jī)分解法、分子束外延法和化學(xué)溶液分解法等等。這些方法都成功應(yīng)用于鐵電薄膜的制各，極大推動了鐵電薄膜的應(yīng)用和發(fā)展，使得制作與半導(dǎo)體工藝相兼容的集成鐵電器件
6、成為可能。和其它方法相比，化學(xué)溶液分解法(csD)具有設(shè)備簡單、成本低、均勻性好、化學(xué)計量比易于控制、原料選擇范圍廣等諸多優(yōu)點。本文采用CSD法，在Si[100]襯底上制備了摻鑭(釤)Bi2Ti207薄膜，并對其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行了研究。以下是主要的研究內(nèi)容：我們用CSD法制備了不阿前驅(qū)體溶液濃度的faiosLao．2hTi207薄膜，發(fā)現(xiàn)溶液的濃度對薄膜的晶化溫度、晶粒尺寸以及薄膜的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)都具有重要影響。前驅(qū)體濃度越大，制各的薄膜中燒綠石相越不穩(wěn)定：0．2mol／L的樣品在800℃條件下，燒綠石相完全轉(zhuǎn)變成鈣
7、鈦礦相：而0．1mol／L樣品中的燒綠石相在850℃退火溫度下還穩(wěn)定存在。因此在制膜過程中，為了得到比較穩(wěn)定的燒綠石結(jié)構(gòu)的薄膜，應(yīng)該選擇一個比較合適的前驅(qū)體溶液濃度。通過掃描電鏡的觀察，發(fā)現(xiàn)在800℃的退火條件下，使用低濃度的前驅(qū)體溶液制備的薄膜更容易獲得大的晶粒尺寸，其平均晶粒尺寸在150nm左右。研究還發(fā)現(xiàn)，前驅(qū)體溶液濃度對薄膜的漏電流、介電常數(shù)也有影響。在相同條件下，高濃度的前驅(qū)體溶液制各的薄膜漏電流大，介電常數(shù)小。在800。C條件下，用o．1,not／L的前驅(qū)體溶液制各的薄膜，測得的漏電流為O．21×10-
8、10A(所加電壓為2V)，介電常數(shù)為136(所加電壓為-4V)；在同樣條件下，用0．2mol／L的前驅(qū)體溶液制備的薄膜其漏電流為0．82×10-10A，介電常數(shù)為88。因此用低濃度溶液制備的薄膜，具有良好的絕緣性和較高的介電常數(shù)，適合在動態(tài)隨機(jī)存取存儲器中作存儲媒體。在前驅(qū)體溶液濃度一致的條件下，用CSD法制備了不同鑭摻雜含量的(Bil。LaI)2Ti207
