射频磁控溅射方法制备CaCuTiO薄膜及其介电性质研究

摘要

介电材料在半导体器件中有两个最重要的应用。一是作为场效应晶体管器件的栅介质层:二是作为动态随机存储器(DRAM)电容的介质材料。CaCu3Ti4O12(CCTO)材料自其介电性质被发现以来,由于其介电常数非常高,对温度变化不敏感的特点,受到人们的广泛关注,无论是靶材还是薄膜材料都具有超高的介电常数,且在较大的温度变化范围内介电常数都保持稳定。目前的研究工作主要集中在CCTO高介电常数的成因,是“本质”的还是“非本质”的。
　　 本文使用射频磁控溅射生长薄膜方法在Pt／Ti／SiO2／Si衬底生长CCTO薄膜,并对薄膜进行了退火处理。以X射线衍射谱,电介质能谱为表征手段,研究了不同退火温度和不同电极对CCTO薄膜结构及其介电性质的影响。
　　 X射线衍射谱证明退火后的薄膜表现出(220)择优取向生长。我们发现退火后的薄膜有更好的介电性质。通过对不同电极和电极制备过程CCTO薄膜介电性质的测量,认为电极和薄膜表面的空间电荷区对高介电常数有很大的贡献。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 电解质及介电材料应用

1.2.1 电介质[1-3]

1.2.2 介电材料应用

1.3 CCTO材料及研究进展

1.4 本论文研究目的及科学意义

第二章 制备和表征方法介绍

2.1 磁控溅射设备及其原理

2.1.1 磁控溅射设备简介[22]

2.2.2 溅射及其原理[23][24]

2.2 薄膜生长机理[25]

2.2.1 亚单层形核规律

2.3.2 原子扩散过程

2.3.3 多层膜的外延生长

2.3 镀电极设备及原理

2.3.1 蒸发镀电极设备

2.3.2 蒸发镀电极原理

2.4 x射线及其衍射[26]

2.5 LCR Meter测试原理介绍[28]

第三章 CaCu3Ti4O12薄膜的制备及表征

3.1 CaCu3Ti4O12靶材的制作

3.2 CaCu3Ti4O12薄膜制备的生长过程

3.2.1 衬底处理

3.2.2 薄膜生长过程

3.3 薄膜的退火处理

3.4 CCTO薄膜的XRD谱图

3.4.1 不同退火温度CCTO薄膜的XRD谱图

3.4.2 CCTO粉末,靶材,薄膜的XRD图谱

3.5 本章小结

第四章 CaCu3Ti4O12薄膜介电性质的研究

4.1 电极的制备过程和测试示意图及计算公式

4.1.1 蒸发镀电极过程

4.1.2 样品测试示意图及计算公式

4.2 退火温度对CaCu3Ti4O12薄膜介电性质的影响

4.3 电极对CaCu3Ti4O12薄膜介电性质的影响

4.3.1 不同电极未退火薄膜电介质能谱

4.3.2 不同电极退火后薄膜电介质能谱

4.4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢