锆钛酸铅镧铁电薄膜的制备及微细加工

摘要

锆钛酸铅镧（PLZT）具有良好的铁电介电和光学性能，在铁电存储器（FRAM）、动态随机存储器(DRAM)等方面应用前景广阔。本文旨在采用Sol-Gel法，制备出具有良好铁电介电和光学性能的PLZT薄膜，并采用新技术获得PLZT薄膜的微细图形。采用FT-IR、TEM、改进的sawyer-tower电路、LCR数字电桥等手段，分别探讨了稳定溶胶的成膜机理、热处理条件对薄膜晶相转变的影响以及不同工艺参数对薄膜铁电以及光学性能的影响，研究发现： （1）本研究采用的含Pb、Zr或Ti的出发原料能与AcAcH反应生成螯合物从而形成稳定溶胶。添加剂醋酸和乙醇铵的摩尔比会影响溶胶的稳定性和成膜质量，当Pb组分和两者的配比为1:0.15:0.1时形成的溶胶质量最好。 （2）硅片上制备的PLZT薄膜在500℃处理1h后由钙钛矿相、La2O3和PbO三相组成，700℃处理1h后薄膜由钙钛矿相、TiO2和PbZrO3三相组成，800℃热处理1h后可获得完全钙钛矿相的PLZT薄膜。 （3）所研究的几组对照试样中，以甲醇为溶剂，Zr(OC4H9)4、La(NO3)2、Pb(CH3COO)2、Ti(OC4H9)4为出发原料制备的PLZT薄膜具有优良的铁电性能，其剩余极化强度Pr可达42.81uC/cm2，矫顽场强Ec为14.62kV/cm；20Hz频率下介电常数εr为508，损耗因子tanδ为0.11。 （4）PbTiO3过渡层有利于PLZT薄膜钙钛矿相的生成，在测试频率小于10kHz时薄膜具有比较高的介电常数；但会降低Pr而增大Ec，使薄膜的电滞回线不易饱和，tanδ变大。 （5）用溶胶－凝胶法制备的PLZT薄膜在可见光范围内具有良好的透光度。以石英为基板、组分比为7/65/35的薄膜透光度可达90﹪左右。 （6）本研究制备的PLZT/AcAc凝胶薄膜在312nm附近有明显的吸收峰；用相应波长的紫外光照射时这个吸收峰会减小直至消失，表明薄膜具有明显的感光性。利用这种感光性凝胶薄膜可以制备出PLZT的微细图形。