底电极与缓冲层对（Ba，Sr）TiO组分梯度薄膜电学性能的影响

摘要

本文研究了溅射的沉积工艺参数对 Pt 电极上沉积的BST组分梯度薄膜微结构与电学性能的影响。实验结果表明：BST组分梯度薄膜晶粒大小和晶化程度随着衬底温度的升高而提高，600℃下沉积的 BST 薄膜介电常数较大，介电损耗和漏电流密度较小；工作气压则直接影响到薄膜的沉积速率和表面形貌，在3.0 Pa附近获得了最高的沉积速率、致密的结构和良好的电学性能。综合各种工艺参数得到沉积 BST 薄膜的最佳工艺为：衬底温度600℃，O<,2>∶Ar=1/2，工作气压3.0 Pa。在最佳工艺条件下在Pt电极上沉积的下梯度 BST 薄膜结晶良好，薄膜结构致密，晶粒生长均匀，晶粒尺寸在70 nm 左右。在100 kHz时BST薄膜的介电常数ε为353.4，介电损耗tanδ为0.0186，介电可调为23.8％，在375 kV/cm外电场下薄膜的剩余极化2P<,r>为2.13μC/cm<'2>，矫顽场E<,c>为23.1kV/cm，75 kV/cm外电场下薄膜的漏电流为1.18×10<'-6>A/cm<'2>左右。 考虑到Pt作为 BST 薄膜的底电极材料在制作微图形时难以刻蚀，我们在Ru、RuO<,2>和RuO<,2>/Pt电极上制备了 BST 下梯度膜。实验结果显示，Ru和RuO<,2>电极上制备的BST薄膜介电损耗和漏电流密度都明显高于Pt电极上制备的BST薄膜，因此还不能完全用Ru和RuO<,2>电极代替Pt电极。RuO<,2>/Pt复合电极上沉积的BST组分梯度薄膜在100 kHz时的ε为 324.8，tanδ为0.0199，介电可调可以达到31.2％；400kV/cm电场下，2P<,r>为4.26μC/cm<'2>，E<,c>为36 kV/cm；在75kV/cm 外电场下的漏电流为2.29×10<'-6>A/cm<'2>。这些电性能参数与Pt电极上BST薄膜相近，因此用 RuO<,2>/Pt复合电极可以替代Pt作为微电子器件的电极材料。 为了改善BST组分梯度薄膜与Pt电极间的界面结构，提高薄膜的电学性能，我们在下梯度BST薄膜与Pt电极之间插入了几种不同的缓冲层材料。实验结果表明：YSZ和Ta<,2>O<,5>缓冲层的厚度对BST电学性能影响比较明显，YSZ缓冲层上沉积的BST薄膜介电损耗和漏电流都比较小，但铁电性能比较差。LNO和YBCO缓冲层能够有效的促进BST薄膜晶粒的生长，在YBCO缓冲层上沉积的BST组分梯度薄膜晶粒尺寸较大，介电常数和铁电性能均比较好，但薄膜的漏电流密度比较大。而YSZ/YBCO复合缓冲层上沉积的BST薄膜，其介电性能与Pt电极上的介电性能比较接近，铁电性能比Pt上沉积的BST薄膜好，漏电流密度明显比YBCO缓冲层上沉积的BST薄膜小，所以采用YSZ/YBCO复合缓冲层来提高BST薄膜电学性能是可行的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 BST材料的结构特点和应用

1.1.1 BST材料的结构特点

1.1.2 BST材料的应用和研究进展

1.2本课题的选题背景和本文的主要研究内容

1.2.1本课题的选题背景

1.2.2本文的主要内容

第二章BST组分梯度薄膜的制备工艺研究

2.1 BST陶瓷靶材的制备

2.2 BST组分梯度薄膜的制备及结构表征

2.2.1溅射法原理

2.2.2 BST组分梯度薄膜的制备工艺

2.2.3 BST组分梯度薄膜微结构和电学性能的表征技术

2.3溅射工艺对BST组分梯度薄膜微结构与电性能的影响

2.3.1衬底温度对BST梯度膜的微结构与电性能的影响

2.3.2工作气压对BST梯度膜的微结构与电性能的影响

2.3.3氧氩比(O2/Ar)对BST组分梯度膜的微结构与电性能的影响

2.3.4组分梯度对BST梯度膜的微结构与电性能的影响

第三章底电极对BST梯度膜微结构和电学性能的影响

3.1 Ru电极上沉积BST组分梯度薄膜的研究

3.1.1 Ru电极的制备及结晶特性

3.1.2 Ru电极上制备的BST组分梯度薄膜微结构表征

3.1.3 Ru电极上制备的BST组分梯度薄膜电学性能表征

3.2 RuO2电极上沉积BST组分梯度薄膜的研究

3.2.1 RuO2电极的制备及结晶特性

3.2.2 RuO2电极上制备的BST组分梯度薄膜微结构表征

3.2.3 RuO2电极上制备的BST组分梯度薄膜电学性能表征

3.3 RuO2/Pt复合电极上沉积BST组分梯度薄膜的研究

3.3.1 RuO2/Pt电极的制备及结晶特性

3.3.2 RuO2/Pt电极上制备的BST组分梯度薄膜微结构表征

3.3.3 RuO2/Pt电极上制备的BST组分梯度薄膜电学性能表征

第四章缓冲层对BST梯度膜微结构和电学性能的影响

4.1 YSZ和Ta2O5缓冲层上制备BST组分梯度薄膜

4.1.1 YSZ和Ta2O5缓冲层的制备及结晶特性

4.1.2 YSZ和Ta2O5缓冲层上制备的BST组分梯度薄膜微结构表征

4.1.3 YSZ和Ta2O5缓冲层上制备的BST组分梯度薄膜电学性能表征

4.2 LNO和YBCO缓冲层上制备BST组分梯度薄膜

4.2.1 LNO和YBCO缓冲层的制备及结晶特性

4.2.2 LNO和YBCO缓冲层上制备的BST组分梯度薄膜微结构表征

4.2.3 LNO和YBCO缓冲层上制备的BST组分梯度薄膜电学性能表征

4.3 YSZ/YBCO复合缓冲层上制备BST组分梯度薄膜

4.3.1 YSZ/YBCO复合缓冲层的制备及结晶特性

4.3.2 YSZ/YBCO复合缓冲层上制备的BST组分梯度薄膜微结构表征

4.3.3 YSZ/YBCO复合缓冲层上制备的BST组分梯度薄膜电学性能表征

第五章全文总结

参考文献

致谢

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