脉冲激光法制备高介电系数铁电薄膜和多层膜

摘要

本文介绍了高介电系数铁电薄膜材料在DRAM中的应用前景和现在存在的主要问题及解决办法。利用脉冲激光法制备了两类铁电薄膜，一类是28％mol镧掺杂钛酸铅(PLT)薄膜，主要研究了沉积气压对薄膜结构和介电性能的影响，发现PLT薄膜的介电性能非常依赖于脉冲激光沉积时的氧气压，本论文找到了具有高介电系数和低介电损耗的PLT薄膜制备条件。另一类是BaTiO3(BT)和SrTiO3(ST)交替组成的多层膜。通过调节沉积每层膜停留时的氧气压，实现了相对于Ba0.5Sr0.5TiO3均匀薄膜两倍介电系数的BT/ST多层膜。　　文中利用脉冲激光沉积法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了28％mol镧掺杂钛酸铅薄膜。采用不同的沉积氧气压，分析了其对薄膜微观结构和介电性能的影响。结果表明在2Pa左右沉积的薄膜具有最好的结晶度和介电系数。在频率为10kHz时28％mol镧掺杂钛酸铅薄膜的介电系数达852，并且保持了较低的损耗0.0110。同时制备了其它La掺杂浓度的PbTiO3薄膜，发现它们也有类似的特点。本文对此现象作了定性解释。　　另外制备了BT/ST多晶薄膜。通过降低层与层间隔时间的氧气压，形成一组低阻介面层，进而提高了薄膜的介电系数。获得了10kHz时介电系数高达1204损耗0.1左右的高性能薄膜，其介电系数是Ba0.5Sr0.5TiO3/Ba0.5Sr0.5TiO3同质多层膜和Ba0.5Sr0.5TiO3均匀薄膜的两倍。说明了多晶BT/ST薄膜的介电提高机理应为氧空位引起的低阻界面层而不是应力的结果。　　本文的研究表明，在脉冲激光法制备高介电系数铁电薄膜和多层膜时，合理地利用氧气压是一个提高薄膜介电性能的非常有效的手段。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1铁电材料概述

1.2高介电系数铁电材料

1.3本论文的工作

1.4本章参考文献

第二章铁电薄膜的制备和测量

2.1PLD法制备铁电薄膜

2.2对铁电薄膜电学性能的测量

2.3本章参考文献

第三章PLD法制备PLT铁电薄膜

3.1引言

3.2实验方法

3.3实验结果和讨论

3.4结论

3.5本章参考文献

第四章BT/ST多层膜的介电增强效应

4.1引言

4.2实验方法

4.3结果与讨论

4.4结论

4.5本章参考文献

第五章总结

攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢