无铅铁电薄膜的抗电离辐射性能研究

摘要

铁电存储器具有高的读写速度、低功耗、抗辐射、非易失性以及与现有集成电路技术的良好兼容性,因此被认为是最有潜力的下一代存储器。铁电材料优良的抗辐射性能使其特别适合应用于航天领域方面。然而目前对铁电材料抗辐射性能的研究主要以锆钛酸铅(PZT)为主,对钕掺杂钛酸铋Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)无铅铁电薄膜抗辐射性能的研究鲜有报道,这严重制约了BNT铁电薄膜的应用。基于这一背景,本论文选择BNT铁电薄膜为研究对象,研究了BNT铁电薄膜的抗电离辐射能力,结果表明BNT铁电薄膜具有良好的抗电离辐射能力。主要内容如下:
　　1.本论文以Pt/Ti/SiO2/Si结构的硅片为基底,采用溶胶-凝胶法制备了BNT铁电薄膜,并借助X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)以及铁电分析仪等仪器对制备的BNT铁电薄膜的晶体微观结构和电学性能进行了表征。结果表明,溶胶-凝胶制备的BNT铁电薄膜具有典型的铋层状钙钛矿结构且无杂相,剩余极化强度(2Pr)约为50μC/cm2,偏压为5V时,漏电流约为5×10-5A,由此可知制备的BNT铁电薄膜具有良好的铁电性能。
　　2.为了研究BNT铁电薄膜的抗电离辐射能力,本论文以高能电子和高能光子作为电离辐射源,分别以10Mrad(Si)和100Mrad(Si)为辐射总剂量对薄膜进行了辐照。对薄膜辐射前后的性能测试分析表明,经辐射后薄膜依然具有铋层状钙钛矿结构,但其X射线衍射峰强度有所下降,这主要是由于表面晶粒度下降所致。辐射可以重塑薄膜表面形貌,在辐照作用下薄膜表面粗糙度会逐渐降低。经辐射后薄膜的剩余极化强度以及漏电流都有所降低,但是经10Mrad(Si)辐射后薄膜的剩余极化强度下降仅为6.3％,这说明BNT铁电薄膜可以抵抗总剂量为10Mrad(Si)的电离辐射,由此表明BNT铁电薄膜具有良好的抗电离辐射性能。经100Mrad(Si)辐射后,BNT薄膜阻抗有较大增加,从而导致了漏电流的明显下降。

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第1章 绪 论

1.1 铁电材料

1.2 铁电薄膜

1.3 辐射环境及辐射损伤机理

1.4 本论文的选题依据及主要研究内容

1.4.2 主要研究内容

第2章 BNT铁电薄膜的制备与性能表征

2.1引言

2.2 实验所需设备及化学试剂

2.3 溶胶-凝胶法制备BNT铁电薄膜

2.4 BNT铁电薄膜微观结构表征

2.5 BNT铁电薄膜电学性能

2.6 本章小结

第3章 电离辐射对BNT铁电薄膜性能的影响

3.1引言

3.2 辐射对BNT铁电薄膜晶体微观结构的影响

3.3 辐射对BNT铁电薄膜电学性能的影响

3.4 本章小结

第4章 工作总结与展望

4.1 工作总结

4.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已公开发表的论文