PZT铁电薄膜Sol-Gel制备工艺及特性研究

摘要

新型非挥发铁电存储器(FeRAM)与传统的EEPROM和FLASH非挥发存储器相比,具有操作电压低、功耗低、信息保持时间长、写操作速度快、抗辐射等优异的特性,非常适合嵌入式应用的要求。而高性能集成铁电薄膜是FeRAM器件的关键组成部分,因此本论文主要对用于嵌入式铁电存储器的集成铁电薄膜材料进行了深入研究。
　　根据嵌入式铁电存储器对铁电材料的要求,本文选择了Zr/Ti比为30/70的PZT为嵌入式铁电存储器用材料。用Sol-Gel法在Pt/Ti/SiO2/Si(100)结构电极上制备出了PbZr0.30Ti0.70O3, PbTiO3/PbZr0.30Ti0.70O3/PbTiO3和 PbTiO3/PbZr0.30Ti0.70O3/PbZrO3/PbZr0.30Ti0.70O3/PbTiO3等不同结构的铁电薄膜。对Sol-Gel工艺中溶胶配制、薄膜厚度及均匀性控制和热处理工艺等三个重要的环节进行了优化,得到了重复性高、均匀性好的薄膜制备方法。通过对不同结构铁电薄膜的微结构与电学性能的讨论,指出表面PT层与底部PT层一样可增强薄膜的结晶性能和电学性能。讨论了引起PZT疲劳的不同原因,为进一步改善PZT薄膜的疲劳特性,引入PbTiO3/PbZr0.30Ti0.70O3/PbZrO3/PbZr0.30Ti0.70O3/ PbTiO3夹层结构,通过对此种结构铁电薄膜的微结构与电学性能的讨论,指出PbTiO3/PbZr0.30Ti0.70O3/PbZrO3/PbZr0.30Ti0.70O3/PbTiO3可以有效提高PZT薄膜的抗疲劳特性,PbTiO3/PbZr0.30Ti0.70O3/PbZrO3/PbZr0.30Ti0.70O3/PbTiO3这种夹层结构是一种优化的、适合嵌入式铁电存储器用的铁电薄膜结构。

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1 绪论

1.1 铁电体及铁电存储器

1.2 铁电存储器的基本结构形式

1.3 铁电存储器对铁电材料的要求

1.4 铁电薄膜的制备技术

1.5 铁电薄膜的国内外研究现状

1.6 课题来源及本论文主要内容

2 PZT铁电薄膜的制备工艺研究

2.1 PZT薄膜的Sol-Gel工艺流程

2.2 PZT薄膜溶胶的制备

2.3 PZT凝胶膜的形成及其均匀性控制

2.4 PZT薄膜的结构及电极设计

2.5 PZT薄膜的退火工艺优化

2.6 本章小结

3 PZT铁电薄膜的特性研究

3.1 引言

3.2 PZT薄膜的结构表征

3.3 PZT薄膜的形貌表征

3.4 PZT薄膜铁电性能表征

3.5 本章小结

4 缓冲层对PZT铁电薄膜性能的影响

4.1 引言

4.2 PT缓冲层对薄膜铁电性能的影响

4.3 PZ反铁电层对薄膜疲劳特性的影响

4.4 本章小结

5 全文总结

致谢

参考文献