铁电薄膜

摘要： 无铅K_(1–x)Na_(x)NbO_(3)薄膜作为传感器以及机电和电卡冷却装置的候选者越来越受到关注.但是(111)取向K_(1–x)Na_(x)NbO_(3)薄膜的相变与电卡效应的内在关联还并不清楚.本文首先推导出基于八阶朗道自由能多项式的(111)取向铁电薄膜的热力学势,并在此基础上建立了K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)薄膜温度-错配应变相图和室温错配应变-面外应力相图.重点研究了(111)取向K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)薄膜的室温电卡效应的应变和取向控制,这对于实际的电卡制冷应用至关重要.研究发现,在无面外应力和零错配应变下,三方铁电-顺电相变附近,30 MV/m电场下K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)薄膜在居里温度附近(约673 K)最大电卡绝热温变ΔT可高达18 K.施加约-6.7 GPa的面外应力可以有效地将居里温度降低至室温,但代价是最大绝热温变ΔT降低至7.5 K.本工作为应变和取向工程调控K_(1-x)Na_(x)NbO_(3)基薄膜的相变和电卡性能提供了理论指导.

摘要： 基于Ginzburg-Landau-Devonshire唯象理论,定性研究了在有或无退极化场情形下外延Ba_(0.5)Sr_(0.5)TiO_(3)薄膜的铁电和介电性能随厚度的依赖特性。结果表明:与无退极化场相比,退极化场的存在使薄膜极化强度空间分布更均匀,抑制了系统的平均极化强度,降低了相变温度(ΔT_(c)),但增加了临界厚度(Δh_(c)、Δh_(m))和调谐率(ΔΦ),尤其在电极弱补偿情况下更加显著,厚度为100 nm时薄膜的ΔT_(c)、Δh_(c)、Δh_(m)和ΔΦ分别约为-57.5°C、15 nm、40 nm和20%;外延薄膜的介电性能取决于极化强度对外加电场的响应能力,而非极化本身,这一观点可从完全相反的极化强度和调谐率厚度依赖性趋势充分证明。

摘要： 铁电薄膜由于其优异物理性能,而被广泛应用于微电子、光电子、微机电领域。在铁电薄膜理论研究方面,热力学理论可以有效地预测铁电薄膜的相结构、极化特性和机电性能等,且已在(001)取向铁电薄膜的研究中取得了较好的应用,而对于(111)取向铁电薄膜的研究报道非常少。因此,本文通过对序参量坐标转换的方法,构建了(111)取向薄膜的热力学势能函数及其机电性能计算方法。基于此,研究了(111)取向0.7PMN-0.3PT铁电薄膜的相结构及其机电性能。研究结果表明,(111)取向0.7PMN-0.3PT铁电薄膜的相结构主要存在沿晶轴方向三个极化可互换的对称相:顺电相PE、菱方相R和单斜相M_(A)(或M_(B))。在应变和外电场的调控下,(111)取向0.7PMN-0.3PT薄膜展现出优良的机电性能,在R和M_(A)相变点处,介电常数ε_(11)、ε_(22)、ε_(33)和面外压电系数d_(33)取得了极大值。在外电场E 3分别为0、50 kV/cm、100 kV/cm和200 kV/cm时,面外介电常数ε_(33)的峰值分别为4382、2646、2102和1600,面外压电系数d_(33)的峰值分别为303.8 pm/V、241.9 pm/V、219.7 pm/V和195.1 pm/V。应变和外电场能够较好地调控薄膜的机电耦合性能,可为优异机电耦合性能的器件制备提供参考。

摘要： 钛酸钡(BaTiO_(3))具有优异的介电、铁电、压电和热释电等性能,在微电子机械系统和集成电路领域具有广泛的应用。降低BaTiO_(3)薄膜的制备温度使其与现有的CMOS-Si工艺兼容,已成为应用研究和技术开发中亟需解决的问题。本研究引入与BaTiO_(3)晶格常数相匹配的LaNiO_(3)作为缓冲层,以调控其薄膜结晶取向,在单晶Si(100)基底上450°C溅射制备了结构致密的柱状纳米晶BaTiO_(3)薄膜。研究表明:450°C溅射温度在保持连续柱状晶结构和(001)择优取向的前提下,能获得相对较大的柱状晶粒(平均晶粒直径27 nm),一定残余应变也有助于其获得较好的铁电和介电性能。剩余极化强度和最大极化强度分别达到了7和43μC·cm^(-2)。该薄膜具有良好的绝缘性,在0.8 MV·cm^(-1)电场下,漏电流密度仅为10^(-5) A·cm^(-2)。其相对介电常数εr展现了优异的频率稳定性:在1 kHz时εr为155,当测试频率升至1 MHz,εr仅轻微降低至145。薄膜的介电损耗较小,约为0.01~0.03(1 kHz~1 MHz)。通过电容-电压测试,该薄膜材料展示出高达51%的介电调谐率,品质因子亦达到17(@1 MHz)。本研究所获得的BaTiO_(3)薄膜在介电调谐器件中有着良好的应用前景。

摘要： 制备不同厚度的Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_(2)(HZO)薄膜,并使用不同退火温度对其进行热处理.在最优热处理条件下,所制备薄膜的两倍剩余极化强度可达约40μC·cm^(-2),矫顽场强低至约±1.15 MV·cm^(-1),其响应速度明显优于传统铁电材料.结果表明,HZO薄膜正交相与其铁电性有较大关系,过高的退火温度会导致四方相向单斜相转变,从而降低其铁电性.实验所得结果可为高性能HZO铁电器件的研究与制备提供一定参考.

摘要： 具有铁电性且厚度在数十纳米至数微米的铁电薄膜具有良好的压电性、介电性及热释电性等特性,在微电子、光电子和微电子机械系统等领域有着广阔的应用前景.随着铁电薄膜制备技术的发展,使现代微电子技术与铁电薄膜的多种功能相结合,必将开发出众多新型功能器件,促进新兴技术的发展,因此对铁电薄膜的研究已成为国内、国际上新材料研究中的一个十分活跃的领域.在铁电薄膜的许多应用中,铁电存储器尤其引人注目.如何制备性能良好的铁电薄膜,满足集成铁电器件的要求成为制约铁电薄膜应用的关键环节,薄膜制备技术的进步可以提高铁电薄膜的质量,目前人们已经能够使用多种方法制备优良的铁电薄膜.总体来说,制备铁电薄膜按其制膜机理大体上可分为化学沉积法和物理沉积法两大类.化学沉积法制备微纳铁电薄膜,通过对薄膜成分、元素掺杂及薄膜取向等方面的研究提高铁电薄膜的性能,从而制备出高质量的薄膜.物理沉积法一般是在较高的真空度下进行,采用不同的基片和调节基片的温度可制得不同取向的薄膜,甚至外延薄膜,这种方法对自发极化呈现高度各向异性的薄膜制备显得尤为重要.热喷涂方法制备厚涂层通过从元素掺杂、热处理、工艺参数优化等方面来改善铁电涂层的性能.铁电薄膜制备技术的进步可以提高薄膜的质量,而薄膜质量的提高又可以促进功能器件制备技术的进步、使用性能的提升,从而使其得到更广泛的应用.本文综述了近年来铁电薄膜制备技术及其应用研究的新进展,主要针对化学方法、物理方法及热喷涂方法制备铁电薄膜的技术难点讨论了铁电薄膜成形的物理化学机理、优缺点及其应用情况.

摘要： 铁电材料的极化翻转特性是铁电存储器实现"0,1"信息读写的物理基础,因此极化翻转的稳定性直接决定器件的服役可靠性.在交变电场循环载荷下,HfO_(2)基新型铁电薄膜存在唤醒(wake-up)、疲劳(fatigue)和极化翻转电流峰分裂(split-up)等极化翻转不稳定现象,严重制约了其在铁电存储器件中的实际应用.探明极化翻转行为复杂演变的微观机制,从而提出优化稳定性的可行措施是目前工作的重难点,但是基于传统测试手段的研究难以解决上述问题.一阶回转曲线图谱法被誉为迟滞系统研究中的"指纹鉴定",已在磁性材料特征参数演变规律的解析中得到成功应用.本文首先介绍一阶回转曲线图谱法的基本原理和实现方法,接着以Si掺杂HfO_(2)铁电薄膜为实验对象,利用该方法获得了薄膜内电畴极化翻转特征临界场的分布密度随外场加载历史的演变,为理解铁电材料的极化翻转行为提供了重要的微观物理机理信息.

摘要： 探索相变和构建相图对于铁电物理和材料研究至关重要,是相关理论和实验领域的研究焦点.随着计算机和人工智能的迅猛发展,利用机器学习方法并结合其他计算方法如第一性原理,可以从海量的材料数据中选择符合目标的材料种类,从而大大节约了实验成本.本文利用神经网络方法和唯象理论计算准确预测出不同取向铁电薄膜的相图中可能出现的相,进而建立了(001),(110)和(111)取向Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_(3 )铁电薄膜的温度-应变相图,并计算了室温下不同取向的极化和介电性能.通过预测准确率及损失随迭代次数的变化,发现深度神经网络方法在薄膜温度-应变相图构建及预测相的种类方面具有准确快速等优势.通过对室温极化与介电性能进行分析,发现(111)取向的Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_(3 )薄膜面外极化最大,面外介电系数最小,且二者对应变变化都不敏感.这对设计需要介电系数和极化性能处于稳定工作环境及对运行有特殊要求的微纳器件具有十分重要的理论指导意义.

摘要： 本文提出了一种基于正交耦合器和BST可调电容器的反射式移相器的设计.BST材料的介电常数随偏置电压所提供的不同的静电场而发生变化.因此,通过控制外部电压,可以连续地获得有效的变化介电常数和移相器的反射相位.利用PLD技术实现了0.3μm厚的BST薄膜,并采用微加工和氧化铝衬底组成的可调谐电容来测试其微波性能.通过将耦合器和采用钛酸锶钡薄膜可调电容器构成的反射负载相结合,在微带线上设计了DC偏置电路,用于施加直流电压.在0V至60V电压范围内,通过测试和分析,获得BST薄膜的介电常数调谐范围为310-455.通过ADS和HFSS的仿真模拟,在提供不同的偏置电压BIAS可在25GHz-45 GHz频率范围内实现了90°相移和2.9dB插入损耗,S参数仿真结果表明,所设计的移相器具有令人满意的传输特性.

摘要： 铁电材料的极化翻转特性是铁电存储器实现"0,1"信息读写的物理基础,因此极化翻转的稳定性直接决定器件的服役可靠性.在交变电场循环载荷下,HfO2基新型铁电薄膜存在唤醒(wake-up)、疲劳(fatigue)和极化翻转电流峰分裂(split-up)等极化翻转不稳定现象,严重制约了其在铁电存储器件中的实际应用.探明极化翻转行为复杂演变的微观机制,从而提出优化稳定性的可行措施是目前工作的重难点,但是基于传统测试手段的研究难以解决上述问题.一阶回转曲线图谱法被誉为迟滞系统研究中的"指纹鉴定",已在磁性材料特征参数演变规律的解析中得到成功应用.本文首先介绍一阶回转曲线图谱法的基本原理和实现方法,接着以Si掺杂HfO2铁电薄膜为实验对象,利用该方法获得了薄膜内电畴极化翻转特征临界场的分布密度随外场加载历史的演变,为理解铁电材料的极化翻转行为提供了重要的微观物理机理信息.

摘要： 太赫兹通信短距离无线通讯中具有广阔的应用前景,太赫兹调制器是太赫兹波通信系统中关键器件之一,目前光控或者电控太赫兹波调制器的研究倍受国内外的关注.利用太赫兹时域光谱仪测量了在不同的强度的波长为532nm的光场作用下,钛酸锶/钛酸铅(STO/PT)铁电薄膜的太赫兹时域电场强度.根据Fresnel公式,从而计算出铁电薄膜的介电常数,从而得到不同强度外场作用下,铁电薄膜的介电频谱.实验表明,由于铁电薄膜的光折变效应,STO/PT铁电薄膜的折射率随着外场光强的增大而增大,从而介电常数随之增大,介电可调度也随着增大,为铁电薄膜在太赫兹调制器方面的研究提供了参考作用.

摘要： 使用旋涂法制备了超薄连续的PVDF铁电薄膜，研究了溶剂成分、溶液浓度、旋涂转速、退火温度等参数对薄膜成分、结构和性能的影响。并且将制备的超薄连续PVDF铁电薄膜用于倒置有机太阳能电池。在极化处理之后，电池的开路电压，短路电流密度有所提高，电池的效率有所提高。

摘要： 用溶胶-凝胶法制备不同成分的Pb(ZrxTi-x)O3铁电薄膜，并用广角X射线衍射法研究了薄膜的相组成及结晶织构类型.结果表明，在溶胶凝胶制备Pb(Zr0.52Ti0.48)O3薄膜的过程中，通过改变热分解温度，在(111)Pt／TiO2／SiO2／Si基底上成功得到带有不同强织构的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3薄膜，当热分解温度较低时，薄膜为(111)织构，而当热分解温度较高时，薄膜则表现为强烈的(100)取向;对于成分为Pb(Zr0.2Ti0.8)O3的薄膜来说，其晶格常数更接近与Pt衬底的晶格常数，因此Pb(Zr0.2Ti0.8)O3薄膜受P1衬底高度(111)取向的影响也就更大，直接导致Pb(Zr0.2Ti0.8)O3薄膜不能通过单纯的改变热分解来控制织构类型.

摘要： 在传统模型中，介电常数的电场依赖效应是通过实验曲线拟合得到的，缺少理论基础。另一方面，有文献指出铁电非线性（极化）对电压–电流特性有很重要的影响。尽管已有相关模型研究这种影响，但模型中存在一些缺陷。在本文中我们利用铁电极化的导数得到介电常数，进而获得空间电荷限制电流。为了验证我们模型的有效性，以(Ba,Sr)TiO3薄膜为例，研究了不同掺杂浓度、铁电参数和薄膜厚度对漏电流的影响。模拟出的电流-电压特性曲线呈现两个区域：斜率为1.99的低电场区域和斜率为1.00的高电场区域。在低电场区域，电流密度随迁移率、剩余极化强度和剩余极化强度与饱和极化强度之比的增大而增大，随矫顽电场和薄膜厚度的增大而减小，不随饱和极化强度变化。在高电场区域，漏电流随迁移率、饱和极化强度和矫顽电场的增大而增大，随剩余极化强度、剩余极化强度与饱和极化强度之比和薄膜厚度的增大而减小。模拟结果与实验进行了对比，验证了高电场准欧姆区域是由介电常数的电场依赖效应引起的，证明了高介电铁电薄膜的铁电极化对漏电流存在影响。希望这项工作会对高介电铁电薄膜电容器和其他薄膜器件的设计和性能改进提供有用的指导。

摘要： 本文基于传输线周期性加载可变电容理论，设计了一种X波段的铁电薄膜移相器。测试结果表明，随着偏压的增加，移相度增大、插损减小。在32伏的直流偏压下，X波段最大移相度为140°，最大插损为10dB，回波损耗优于-10dB。

摘要： 铁电薄膜材料是集铁电、压电及介电等诸多特性于一身的多功能薄膜材料.铁电薄膜在居里温度(TC)以下具有自发极化,通常情况下在无外电场时,制备态的铁电薄膜的自发极化取向分布杂乱无章.利用磁控溅射方法，在LNO缓冲层上低温(400°C)原位制备了具有强烈(001)织构的BT/LNO-400多晶薄膜，并在BT/LNO-400多晶薄膜发现及研究了铁电薄膜的自极化行为。由于BT薄膜与LNO缓冲层之间较好的相容性，BT薄膜才能够在如此低的温度完全结晶并且具有强烈的(001)织构。在降温过程中BT/LNO-400多晶薄膜中的自极化行为与低温结晶、强烈的(001)织构、大的压应力梯度以及定向排列的缺陷偶极子等因素的相互耦合有关。低温晶化、高度取向并且具有自极化行为的BT/LNO-400多晶薄膜有可能为某些无电极Si基设备提供一个稳定的电场。

摘要： 聚偏二氟乙烯(PVDF)是目前唯一获得广泛应用的柔性铁电材料.与无机氧化物铁电薄膜相比,PVDF具有柔韧性好、化学性能稳定、热导率及介电常数低,易于低温制备等优点.通过对基底的UV辐照和氧等离子处理，可以改变基底的表面能，从而得到均匀连续超薄PVDF铁电薄膜。且氧等离子体处理的基底上制备的薄膜的性能要更加优于UV辐照处理基底制备的薄膜。采用单一的PVDF铁电体同样可以提高电池的性能。内电场效应同样对有机倒置太阳电池有效。在室温下极化处理60分钟后，电池的开路电压，短路电流密度，填充因子，能量转换效率分别由0.54V,11.24mA/cm2,45%,2.73%提高至0.56V,14.21mA/cm2,46%,3.67%。含有PVDF的器件在极化处理之后效率提升34.43%.

摘要： 随着近年来铁电薄膜技术的发展，不仅使铁电薄膜在半导体衬底上集成—— 集成铁电器件成为现实，更令人期待的是，由于铁电材料的多功能性，将有可能使铁电材料的特性与半导体特性发生耦合，从而提高半导体性能甚至诱导新效应的产生。

摘要： 钛酸钡薄膜是一种典型的铁电薄膜材料.采用溶胶撇法分别制备掺钢1％和10％的BTO薄膜.X射线衍射图表明两种薄膜都具有钙钛矿结构.介电性能测试结果表明，随着频率升高，两种BTO薄膜的电容均逐渐减小，而损耗均先减小，再在10 kHZ附近开始逐渐增大：在较低频段，掺杂10％的B1D薄膜的电容较大，在100 kHZ附近两种薄膜的电容大小相等;在500 HZ以下两种薄膜的损耗大小相等，而在较高频段掺杂10％的BTO薄膜的损耗较大.

摘要： 本文利用射频磁控溅射法在MgO基片上沉积了掺有2mol% La2O3的0.2BiInO3-0.8PbTiO3(0.2BIO-0.8PT)薄膜材料，并利用X射线衍射仪、扫描电了显微镜、铁电性能综合测试系统等研究了该材料的微结构、铁电特性和居里温度。结果表明，该薄膜具有c-轴取向结构，高铁电特性和高居里温度，因此将有重要的应用价值。

摘要： 本发明提供一种适合用于高容量密度的薄膜电容器的铁电薄膜形成用组合物、铁电薄膜的形成方法及通过该方法形成的铁电薄膜。一种用于形成PLZT等铁电薄膜的铁电薄膜形成用组合物，其特征在于，该组合物为用于形成采取混合复合金属氧化物形态的薄膜的液态组合物，所述混合复合金属氧化物在通式：(Pb

摘要： 本发明提供了能够有效地防止条痕的产生，并且能够扩大溶胶组合物选择范围的用于形成铁电薄膜的组合物、铁电薄膜以及铁电薄膜的制造方法。通过使含有作为铁电薄膜形成材料的金属化合物的用于形成铁电薄膜的组合物包含下述的疏水性化合物，可以有效地抑制条痕的产生，并能够扩大溶胶组合物的选择范围，其中所述疏水性化合物具有与羟基反应的反应基团，同时除所述反应基团之外的余下部分的至少端部侧具有疏水性。

摘要： 本发明提供了一种能够提高寿命可靠性的铁电薄膜及使用该铁电薄膜的薄膜电容器。本发明的铁电薄膜采取如下形态，即由选自包括Bi、Si、Pb、Ge、Sn、Al、Ga、In、Mg、Ca、Sr、Ba、V、Nb、Ta、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Cd、Li、Na、K、P、B、Ce、Nd、Sm及Cs的组中的1种或2种以上元素构成的金属氧化物以某种恒定比例混合在由(Pb

摘要： 一种铁电薄膜的制备方法，属于铁电薄膜制备技术领域，包括：S1：用衬底材料制备衬底；S2：在第一预设温度范围内，采用等离子增强原子层沉积方法对所述衬底进行处理，得到预定厚度的铁电薄膜。通过该方法制备的铁电薄膜，在制备过程中与硅衬底材料的兼容性高，而且制备的铁电薄膜其应用时的铁电性能具有较高的自发极化、剩余极化值大、抗疲劳性高、保持时间长等特性。

摘要： 本发明提供一种适合用于高容量密度的薄膜电容器的铁电薄膜形成用组合物、铁电薄膜的形成方法及通过该方法形成的铁电薄膜。一种用于形成PLZT等铁电薄膜的铁电薄膜形成用组合物，其特征在于，该组合物为用于形成采取混合复合金属氧化物形态的薄膜的液态组合物，所述混合复合金属氧化物在通式：(Pb

摘要： 本发明提供了能够有效地防止条痕的产生，并且能够扩大溶胶组合物选择范围的用于形成铁电薄膜的组合物、铁电薄膜以及铁电薄膜的制造方法。通过使含有作为铁电薄膜形成材料的金属化合物的用于形成铁电薄膜的组合物包含下述的疏水性化合物，可以有效地抑制条痕的产生，并能够扩大溶胶组合物的选择范围，其中所述疏水性化合物具有与羟基反应的反应基团，同时除所述反应基团之外的余下部分的至少端部侧具有疏水性。

摘要： 本发明提供了一种能够提高寿命可靠性的铁电薄膜及使用该铁电薄膜的薄膜电容器。本发明的铁电薄膜采取如下形态，即由选自包括Bi、Si、Pb、Ge、Sn、Al、Ga、In、Mg、Ca、Sr、Ba、V、Nb、Ta、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Cd、Li、Na、K、P、B、Ce、Nd、Sm及Cs的组中的1种或2种以上元素构成的金属氧化物以某种恒定比例混合在由(Pb

摘要： 本申请公开了一种铁电薄膜的制备方法及铁电薄膜，属于微电子器件技领域，其中，铁电薄膜的制备方法包括：将衬底置于均匀电场中；于所述衬底上依次沉积第一铁电薄膜、介电层及第二铁电薄膜层。由于该方法施加同步电场调控了衬底表面的势能分布，使得沉积过程中前驱体的吸附和脱附过程不受表面形貌的影响，为制备保形性优异、均一性好的超薄铁电薄膜提供了保障；同时，在电场的作用下，可以调控薄膜内部缺陷的分布以及浓度，消除唤醒效应，提高薄膜的铁电性能和可靠性。

摘要： 本发明公开了一种低温制备HZO铁电薄膜的方法、HZO铁电薄膜及具有其的电容器，以四二甲氨基铪，四二甲氨基锆和水分别作为铪源、锆源和水源。采用原子层沉积的方法，将铪源、锆源和氧源交替循环导入腔体，通过控制交替循环次数和沉积速度来控制薄膜厚度，最终生长出需要的HZO铁电薄膜，并控制铪、锆的有效摩尔比为1：1。本发明实施例提供的HZO制备方法，整个制备过程中无需退火工艺，在生长温度为250°C左右的条件下能够得到HZO铁电薄膜，所制得的无需退火的HZO铁电薄膜，能够有效避免高温退火所带来的能量损耗，解决了HZO铁电薄膜在实际应用时所面临的温度限制。

摘要： 提供一种铁电薄膜结构以及包括该铁电薄膜结构的电子器件，该铁电薄膜结构包括半导体基板、在半导体基板上的第一铁电层和在半导体基板上的第二铁电层。第二铁电层与第一铁电层间隔开并具有与第一铁电层不同的介电常数。第一铁电层和第二铁电层可以在其中包含的掺杂剂的量方面彼此不同，并可以在应用于晶体管时表现出不同的阈值电压。