钛酸铅镧钙薄膜的微观结构表征及电学性能研究

摘要

PbTiO3基铁电薄膜在热释电探测器，动态随机存储器，非挥发性铁电存储器及微电机械系统中具有广泛的应用前景。但是，将PT基铁电薄膜应用于实际器件时还存在一些障碍，总的来说主要有体材料优良电学性能的保持，降低处理温度，提高抗极化疲劳和降低漏电流四方面。本文以Pb1-x-yLaxCayTi1-x/4O3薄膜为研究对象，主要研究了掺杂对薄膜的微观结构表征及电学性能的研究。
　　 首先，运用Sol-Gel法在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上制备Pb1-x-yLaxCayTi1-x/4O3(x=0.2，y=0）;(x=0.15，y=0.05);(x=0.1，y=0.1);(x=0.05，y=0.15）;(x=0，y=0.2）五种铁电薄膜，研究掺杂工艺对薄膜织构控制的影响。采用XRD手段对薄膜的物相和织构取向进行分析，然后对五种薄膜进行剩余极化强度和抗极化疲劳性能测试。其次，在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上先涂覆一层Pb0.8La0.1Ca0.1Ti0.975O3薄膜后运用磁控溅射法溅射一层Pb0.8Ca0.2TiO3薄膜，运用小角X射线衍射分析测量种子层Pb0.8La0.1Ca0.1Ti0.975O3薄膜的厚度，研究种子层对Pb0.8Ca0.2TiO3薄膜的织构性能优化，采用AFM（原子力扫描显微镜）对优化后的Pb0.8Ca0.2TiO3薄膜进行表面形貌分析，并运用铁电测试仪测试了漏电特性。
　　 实验结果表明，改变掺杂pb3+，Ca2+离子含量的PbTiO3基铁电薄膜的衍射峰强度存在着明显的差别，薄膜织构得到有效的控制，La3+离子和Ca2+离子的掺入增加了晶格畸变和不对称取代，出现了(200)衍射峰向着高角位方向偏移。高低价金属离子混合掺杂至(x=0.1，y=0.1)时剩余极化强度得到了增加，随后随着Ca2+离子的继续增加，剩余极化强度却降低。通过小角XRD测得薄膜厚度为14nm，而且通过种子层的XRD谱可知450℃退火时，薄膜具有强烈的(100)衍射峰，展现完整的钙钛矿结构。通过种子层成功的实现了控制Pb0.8Ca0.2TiO3薄膜的(100)织构得到增强，同时种子层不但改善了Pb0.8Ca0.2TiO3薄膜表面形貌，而且降低了薄膜的漏电流密度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景和意义

1．2 铁电薄膜

1．2．1 PT基铁电薄膜的发展现状及问题

1．2．2 PT基铁电薄膜的微观结构表征及电学性能的研究现状

1．3 薄膜的制备方法

1．4 PT基铁电薄膜的应用

1．4．1 铁电薄膜的红外探测原理

1．4．2 铁电薄膜在存储器方面的应用

1．4．3 铁电薄膜在微波器件方面的应用

1．5 本论文的研究内容

第2章 试验材料及研究方法

2．1 Sol-Gel技术的现状及特点

2．2 主要的工艺流程

2．3 主要检测与表征手段

2．3．1 小角X-ray散射分析

2．3．2 薄膜表面粗糙度及显微织构观察

第3章 La／Ca掺杂PbTiO3薄膜性能与机理研究

3．1 PCT，PLT，PLCT薄膜的晶体结构

3．2 掺杂对薄膜的剩余极化强度及疲劳特性的研究

3．3 本章小结

第4章 PLCT薄膜的界面优化与电学性能的研究

4．1 磁控溅射PLCT薄膜的制备

4．2 PLCT薄膜厚度及物相表征

4．3 PLCT种子层对PCT薄膜织构类型的影响

4．4 PLCT薄膜的界面优化与电学性能研究

4．4．1 PLCT种子层优化PCT铁电薄膜表面形貌

4．4．2 PLCT种子层优化PCT铁电薄膜的漏点特性研究

4．5 本章小结

结论

参考文献

致谢