BST鐵電薄膜的制備

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1、PZT、BST鐵電薄膜的制備FabricationofPZTandBSTFerroelectricThinFilms主要內(nèi)容緒論P(yáng)ZT鐵電薄膜Sol-Gel法制備及性能研究Co摻雜PZT鐵電薄膜的制備及性能研究BST鐵電薄膜的制備及性能研究總結(jié)1.緒論1.1鐵電材料概述鐵電材料是指存在自發(fā)極化，且自發(fā)極化有兩個(gè)或多個(gè)可能的取向，在電場(chǎng)的作用下，其取向可改變的一類材料。鐵電材料的極化強(qiáng)度與外場(chǎng)的關(guān)系曲線類似于鐵磁材料的磁滯回線，如圖所示。E=0,P=PrP=0,E=Ec鐵電材料的應(yīng)用研究進(jìn)展1952年貝爾電話實(shí)驗(yàn)室首次提出利用鐵電材料的兩個(gè)極化方向來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中0和1的編碼操作，

2、制作鐵電存儲(chǔ)器90年代初，隨著微電子工業(yè)和集成工業(yè)的進(jìn)步。幾乎每隔幾年，鐵電存儲(chǔ)器的生產(chǎn)就有一個(gè)突破性的進(jìn)展1994年，美日聯(lián)合開(kāi)發(fā)的Bi系層狀結(jié)構(gòu)的材料SrBi2Ta2O9制成的256KB存儲(chǔ)器目前，國(guó)際上許多大型半導(dǎo)體公司都十分重視FeRAM的研究1.2PZT材料結(jié)構(gòu)特征PZT是典型的鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，化學(xué)通式為ABO3這些含氧八面體的鐵電氧化物的自發(fā)極化主要來(lái)源于B位離子偏離氧八面體中心的位移1.3PZT鐵電薄膜的制備技術(shù)濺射法激光閃蒸真空蒸發(fā)化學(xué)氣相沉積（CVD）金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）法溶膠－凝膠（Sol-Gel）法SOL-GEL法制備鐵電薄膜的優(yōu)點(diǎn)能精確控制薄膜的

3、組分，能制備大面積高質(zhì)量薄膜組分具有高度的均勻性易于調(diào)整組分，易于進(jìn)行微量、均勻摻雜設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)2.PZT鐵電薄膜制備化學(xué)試劑用量（mol）硝酸鋯（Zr(NO3)4?5H2O）0.5乙酸鉛（Pb(CH3COO)2?3H2O）1.15（過(guò)量15%）鈦酸四丁酯（Ti(OC4H9)4）0.5乙二醇甲醚（HO(CH2)2OCH3）4.02.1PZT先驅(qū)溶液的合成PZT薄膜的制備流程計(jì)算出各原材料的質(zhì)量或體積乙酸鉛＋乙二醇甲醚，120℃回流加熱30min硝酸鋯＋乙二醇甲醚，加熱攪拌鈦酸四丁酯＋乙二醇甲醚，與上述兩溶液混合攪拌12h后，定容、過(guò)濾ITO/glass基片上以30

4、00～5000r/min的速度勻膠30s400℃熱處理4min，500?600℃退火處理4min重復(fù)6、7步，最后一層在氧氣氣氛的條件下，在500?600℃退火處理20min2.2PZT鐵電薄膜的X射線衍射圖600℃時(shí)，PZT薄膜結(jié)晶程度最好薄膜呈以（101）為首要方向的多晶結(jié)構(gòu)有（222）方向的焦綠石相2.3PZT鐵電薄膜的鐵電性能E越大，P越大；溫度升高，Pr增大，Ec減小。2.4PZT鐵電薄膜的介電性能溫度越高，薄膜的介電常數(shù)越大。2.5PZT鐵電薄膜的漏電流綜合比較各溫度下PZT鐵電薄膜的鐵電、介電、漏電流性能，600度的退火溫度效果最好。3.PCZT鐵電薄膜制備及性能研究乙

5、酸鈷（Co(CH3COO)2·4H2O）工藝流程-asmentionedabove3.1PCZT薄膜的制備3.2PCZT鐵電薄膜的X射線衍射圖薄膜呈以（101）為首要方向的多晶結(jié)構(gòu)Co摻雜能夠有效的抑制PZT薄膜中焦綠石相的產(chǎn)生3.3PCZT鐵電薄膜的鐵電性能ProportionofCo-dopedPr(μC/cm2)EC(KV/cm)0mol%36.545.25mol%43.851.610mol%58.667.315mol%42.068.9Co摻雜后的PZT薄膜的剩余極化強(qiáng)度Pr明顯增大,Co=10mol%,Pr=58.6?c/cm2。這個(gè)值比大多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道的摻雜或不摻雜的PZT薄

6、膜的剩余極化強(qiáng)度Pr大。PCZT薄膜的矯頑場(chǎng)Ec比PZT薄膜要大，而且隨著摻雜比例的增大而增大。PCZT薄膜的電滯回線圖呈不對(duì)稱形狀，而且在較高外場(chǎng)下有向下彎曲的現(xiàn)象。比較PZT與PCZT薄膜的鐵電測(cè)試圖：主要解釋1：一般來(lái)說(shuō)當(dāng)鐵電薄膜中存在有焦綠石相時(shí)，其電滯回線圖將會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)比較纖細(xì)的形狀，薄膜的剩余極化強(qiáng)度會(huì)比較小。從摻雜和不摻雜的PZT薄膜的XRD圖來(lái)看，摻雜后的薄膜中含有的焦綠石相明顯減少，甚至消失，這是導(dǎo)致Co摻雜后PZT薄膜的鐵電性能加強(qiáng)的原因之一。主要解釋2：鐵電薄膜的居里溫度點(diǎn)、自發(fā)極化、介電常數(shù)和矯頑場(chǎng)與摻雜后的離子替代有很大的關(guān)系。由于Co2+的離子半徑（0.

7、75?）比Pb2+的離子半徑（1.26?）要小得多，因而當(dāng)鈷離子在薄膜中替代鉛離子的位置后會(huì)占據(jù)更少的空間，這樣鈷離子在氧八面體中會(huì)有更大的活動(dòng)空間，從而能夠產(chǎn)生更大的極距和更大的剩余極化強(qiáng)度。但是另一方面，鈷離子在氧八面體中的活動(dòng)空間大了以后會(huì)需要更大的能量讓其回到原來(lái)的平衡位置，因而導(dǎo)致?lián)诫s后的PZT薄膜有更大的矯頑場(chǎng)。主要解釋3：當(dāng)鈷離子在薄膜中替代鈦離子或鋯離子的位置時(shí)，為了保持電化學(xué)平衡，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生氧空位。當(dāng)薄膜中存在氧空位時(shí)，它會(huì)和其它離子形成