不同電極形式對摻鑭鈦酸鉛鐵電薄膜的介電性能的影響

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1、1554功能材料2006年第10期(37)卷*不同電極形式對摻鑭鈦酸鉛鐵電薄膜的介電性能的影響11211劉洪,蒲朝輝,朱小紅,肖定全,朱建國(1.四川大學材料科學與工程學院,四川成都610064;2.中國科學院物理研究所,北京100080)摘要:采用射頻磁控濺射技術(shù)在Si(100)基底和采用平行電極。Pt/Ti/SiO2/Si(100)基底上生長了摻鑭鈦酸鉛本文用射頻磁控濺射技術(shù)在Si(100)基底上沉積[(Pb0.9,La0.1)TiO3,PLT10]鐵電薄膜。用X射線衍了摻鑭鈦酸鉛(PLT)鐵電薄膜,并在PLT薄膜上使用射技術(shù)(XRD)研究了PLT10薄膜結(jié)晶性能。使用光光刻

2、工藝制備了叉指電極。利用叉指電極測試了刻工藝在Si(100)基底的PLT10薄膜上制備了叉指PLT薄膜的介電性能。為了比較研究不同電極對電極,測試了PLT10薄膜的介電性能。在室溫下,測PLT薄膜的介電性能的影響,用相同工藝條件在Pt/試頻率為1kHz時,PLT10薄膜的介電常數(shù)為386。Ti/SiO2/Si(100)基底上生長了PLT10薄膜,并在其而采用相同工藝條件制備的具有平行電極結(jié)構(gòu)的上面制備了圓點狀的上電極,并測試了具有平行電極PLT10薄膜,其介電常數(shù)為365。但利用叉指電極測PLT10薄膜介電性能。試的PLT10薄膜的介電常數(shù)和介電損耗隨頻率的下降比利用平行電極測試

3、的PLT10薄膜的快些。這是2實驗因為叉指電極結(jié)構(gòu)引入了更多的界面態(tài)影響的緣故。在中國科學院沈陽科學儀器研制中心出品的關(guān)鍵詞:摻鑭鈦酸鉛;鐵電薄膜;濺射;電極JGP560C10高真空多靶磁控濺射儀上使用陶瓷靶在中圖分類號:O484.5文獻標識碼:ASi(100)基底和Pt/Ti/SiO2/Si(100)基底上制備了高文章編號:1001-9731(2006)10-1554-03質(zhì)量的PLT10鐵電薄膜,兩種基底上的薄膜采用完全1引言相同的制備條件,如表1所示。近十幾年來,鐵電薄膜作為一種重要的功能材料,表1PLT10薄膜制備的條件其原理、制備、微結(jié)構(gòu)、測試和表征等得到了迅速的發(fā)Ta

4、ble1DepositionconditionsforPLT10films[1]展,其應(yīng)用日益廣泛,可用來制備微電子機械系統(tǒng)器項目參數(shù)件(MEMS)、非揮發(fā)性鐵電隨機存取存儲器(NV-靶材PLT10陶瓷靶,直徑50mmFRAM)、熱釋電紅外探測器(pyroelectricinfraredde-靶-基間距40mmtector)、非制冷型焦平面陣列(UFPA)等。襯底Pt/Ti/SiO2/Si(100)[2]目前,鐵電薄膜的制備方法主要有:濺射法、激射頻功率2.5W/cm2[3][4]-5光閃蒸法、化學氣相沉積法、溶膠-凝膠法(so-lgel)本底氣壓5.0@10Pa[5][6]濺

5、射氣氛Ar/O等。濺射法生長鐵電薄膜因具有以下優(yōu)點:(1)鐵2=9B1電薄膜的沉積條件與硅集成工藝的兼容;(2)能制備濺射氣壓1.9Pa襯底溫度300e具有應(yīng)用價值和優(yōu)良性能的鐵電薄膜;(3)薄膜的均濺射速率0.09nm/s勻性及重復(fù)性好;(4)沉積速率高而滿足制備器件用濺射時間3h的鐵電薄膜,從而獲得了廣泛的應(yīng)用。薄膜厚度約1Lm具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的摻鑭鈦酸鉛(PLT)鐵電薄膜具退火溫度550~625e有較大的熱釋電系數(shù),較小的介電常數(shù)及體積比熱容,退火時間1h[7]而且其電壓響應(yīng)率優(yōu)值和探測率優(yōu)值均較高,是一沉積在Pt/Ti/SiO2/Si(100)基底上的PLT薄膜種制備薄膜型

6、紅外探測器的優(yōu)選材料。2上用離子濺射方式再濺射了面積為0.78mm的圓形為達到不同的應(yīng)用需要,常適用平行電極或叉指Au上電極。對沉積在Si(100)基底上的PLT薄膜上電極等形式。對于鐵電薄膜,通過在兩電極間加偏壓,采用光刻工藝制備了Au叉指電極,叉指電極光刻工具有叉指電極的介電常數(shù)要比具有平行電極的可調(diào)程度大得多[8,9]。叉指電極常被用于微波濾波器,聲表面藝的流程如圖1所示。圖2是叉指電極的平面示意[10,11][12]圖,兩邊出頭用銀導(dǎo)電膠連上Au線以保證歐姆接觸。波器件和光電開關(guān)等,熱釋電紅外探測器,微[13][14]電子機械系統(tǒng)中的致動器和鐵電存儲器等則常叉指電極有6對

7、叉指,指寬W=25Lm,指間距G=*基金項目:國家自然科學重點基金資助項目(50132010);國家自然科學基金資助項目(60471044)收到初稿日期:2006-02-20收到修改稿日期:2006-07-28通訊作者:朱建國作者簡介:劉洪(1975-),男,四川彭州人,在讀博士,師承朱建國教授,從事鐵電薄膜制備與應(yīng)用研究。劉洪等:不同電極形式對摻鑭鈦酸鉛鐵電薄膜的介電性能的影響155515Lm,指長L=1500Lm。圖4為300e濺射的PLT10薄膜和分別在550、575、60