Pb(Zr，Ti)O铁电电容器结构与性能研究

摘要

采用溶胶-凝胶法（Sol-Gel）在不同的基片、不同的电极上制备了Pb（Zr，Ti）O3（PZT）薄膜，构造了不同的电容器结构，并进行了多种性能的检测和分析。
　　 采用一次退火研究了退火温度对PZT电容器性能的影响。结果表明：550℃为最佳退火温度，所制备的铁电电容器具有较大的极化强度。为降低退火温度，采用逐层退火制备了PZT薄膜，500℃所制得样品比相同温度下一次退火具有更好的铁电性。另外，在引入非晶Ti-Al阻挡层后，探索了PZT电容器的铁电性随膜厚的变化规律。
　　 在LaNiO3/SrTiO3基片上，制备了PZT薄膜，构造了Pt/LNO/PZT/LNO/STO异质结，并研究了LNO底电极生长温度对PZT结构和性能的影响。实验表明：PZT极化强度随LNO底电极生长温度的升高而增大。XKD的研究进一步发现，PZT极化强度和晶格常数变化关系满足理论公式：Ps2∝（c/a-1）。
　　 使用一种新型导电阻挡层材料-非晶Ni-Al（a-Ni-Al）薄膜实现了（La0.5Sr0.5）CoO3/Pb（Zr，Ti）O3/（La0.5Sr0.5）CoO3电容器与半导体Si的集成。实验发现a-Ni-Al经500～550℃高温处理后仍为非晶态，并未发现互扩散现象；所制备的电容器具有优良的铁电性能：较大的剩余极化强度～22μC/cm2、较小的矫顽电压～1.15V；优良的抗疲劳和保持性能、较大的介电常数；同时PZT薄膜具有较小的均方根粗糙度。横向（电容耦合法）与竖直测量的数据没有太大区别，这些都说明了a-Ni-Al可作为导电阻挡层使用。另外，作为比较，采用多晶Ni-Al代替非晶Ni-Al作导电阻挡层时，样品漏电，说明多晶Ni-Al不能作为导电阻挡层使用。
　　 在玻璃基ITO电极上制备了PZT薄膜，构架了Pt/PZT/ITO电容器结构。XRD研究表明PZT薄膜结晶良好，具有（101）高度择优取向。铁电测试表明电容器具有较大的极化强度，5V的电压下Pr达41.7μC/cm2：PZT薄膜具有较大的电阻率，5V时为2.5×109Ω·2.cm。光学测试表明：在短波范围内，PZT表现出强吸收，在长波范围内PZT表现为强透射，最大透射率达到95％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 引言

1.1铁电材料研究进展

1.2 PZT材料概述

1.3铁电存储器的发展

1.4本课题的主要内容及其意义

第2章 PZT的制备及铁电性能的测量方法

2.1 PZT的制备方法

2.1.1溶胶-凝胶法

2.1.2磁控溅射法

2.1.3金属有机物化学气相沉积法

2.1.4脉冲激光沉积法

2.2铁电性能的测量方法

第3章 退火工艺及薄膜厚度对PZT电容器性能的影响

3.1退火工艺对PZT电容器铁电性能的影响

3.2厚度对PZT电容器铁电性能的影响

3.3小结

第4章 LNO底电极生长温度对PZT薄膜结构和性能的影响

4.1实验

4.2结果与讨论

4.3小结

第5章 PZT铁电电容器与Si的集成研究

5.1实验过程

5.2结果与讨论

5.3小结

第6章 玻璃基Pt/PZT/ITO性能初探

6.1实验

6.2实验结果与讨论

6.3小结

结束语

参考文献

硕士期间发表论文

致谢