论文题目: 掺镧（钐）Bi2Ti2O7薄膜的制备及其性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 杨雪娜
导师: 黄柏标
关键词: 掺镧衫薄膜,化学溶液分解法,介电常数,漏电流
文献来源: 山东大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着微电子技术的飞速发展,半导体器件的特征尺寸按摩尔定律不断缩小,SiO2作为MOSFET（metal-oxide-semiconductor field effect transistor）的栅介质材料在几年之内将不能满足需求,以此为背景应用于下一代MOSFET的高介电栅介质材料就成为当今微电子材料的研究热点。要取代SiO2成为MOSFET器件里的栅介质,High-k材料必须具有与SiO2/Si系统相似的性质,使其与当前的半导体工业兼容。因此,作为候选的High-k材料,要满足以下几方面的参数标准:（1）具有高的介电常数、高的势垒和能隙;（2）在Si上有良好的热稳定性;（3）非晶态栅介质更理想;（4）具有良好的界面质量;（5）与Si基栅兼容;（6）处理工艺的兼容性;（7）具有良好的可靠性和稳定性等等。目前,任何一种有望替代SiO2的栅介质材料都不能完全满足High-k材料的上述几点要求,但是,在钛酸铋系列中,对Bi2Ti2O7这中材料的应用前景比较看好。 钛酸铋系列具有复杂的组分和结构,包括Bi2Ti4O11,Bi2Ti2O7,Bi4Ti3O12,Bi8TiO14和Bi12TiO20等。其中对Bi4Ti3O12研究的比较多,而对Bi2Ti2O7研究的较少,起步较晚。但是有研究证明,Bi2Ti2O7的多晶薄膜具有较高的介电常数和较低的漏电流,是目前研究的高介电常量材料中有望替代MOS（Metal-Oxide-Semiconductor）晶体管中传统SiO2栅绝缘层的材料之一,因此有着广泛的应用前景。BhTi2O7薄膜适合在动态随机存取存储器中作存储媒体,使记忆单元面积减少,从而实现超大规模集成;此外,它还能用作绝缘栅场效应管的栅极材料,以提高绝缘栅场效应管的跨导,降低开启电压,提高耐击穿特性,减少器件尺寸。最近,它还在铁电薄膜PZT、PST和Bi4Ti3O12的制备过程中,被用作缓冲层,以改善薄膜的电学性质。Bi2Ti2O7材料除了上述优点之外,还存在一个致命的缺点,那就是它的不稳定性。Bi2Ti2O7是不稳定相,在高温处理时,容易转变成Bi4Ti3O12相。在制备陶瓷的过程中,可通过一定的离子掺杂,以提高Bi2Ti2O7相的稳定性。但是在薄膜制备过程中,我们只见过对Bi4Ti3O12相薄膜进行掺杂改性的报道和研究,对Bi2Ti2O7相薄膜的掺杂还未见报道。由于Bi2Ti2O7有着可喜的应用价值,因此有必要对该材料的温度稳定性和性质作进一
论文目录:
目录
摘要
ABSTRACT
第一章 前言
§1.1 电介质及介电材料
§1.2 高介电栅极材料的研究背景及现状
1.2.1 研究背景
1.2.2 高介电(High-k)材料的要求标准
1.2.3 High-k栅介质材料的研究现状及存在的问题
§1.3 Bi-Ti-O系材料的研究背景及现状
1.3.1 铁电材料及其发展
1.3.2 铁电薄膜的应用
1.3.3 Bi-Ti-O系统
1.3.4 Bi_2Ti_2O_7材料的概述
§1.4 本文的研究目的及内容
§1.5 本章小结
第二章 薄膜微结构及电学性质的表征原理及方法
§2.1 引言
§2.2 测试技术
2.2.1 X射线衍射分析
2.2.2 原子力显微镜分析
2.2.3 扫描电镜分析
2.2.4 热重与差热分析
2.2.5 X射线光电子能谱分析
2.2.6 红外吸收光谱分析
2.2.7 紫外可见光谱分析
2.2.8 电容-电压特性分析
2.2.9 电流-电压特性分析
§2.3 本章小结
第三章 掺镧Bi_2Ti_2O_7薄膜的制备
§3.1 引言
§3.2 薄膜的制备技术
3.2.1 溅射法
3.2.2 分子束外延生长法
3.2.3 金属有机化学气相沉积法
3.2.4 脉冲激光沉积法
3.2.5 溶胶-凝胶法
3.2.6 金属有机分解法
3.2.7 化学溶液分解法
§3.3 实验过程
3.3.1 主要仪器设备
3.3.2 实验原料
3.3.3 前驱体溶液的配制
3.3.4 衬底及其处理
3.3.5 薄膜的制备
3.3.6 电极的制备
§3.4 本章小结
第四章 前驱体溶液浓度对掺镧Bi_2Ti_2O_7薄膜的影响
§4.1 引言
§4.2 实验过程
§4.3 实验结果与讨论
4.3.1 溶液浓度对薄膜晶化温度的影响
4.3.2 溶液浓度对薄膜晶粒尺寸的影响
4.3.3 溶液浓度对薄膜电学性质的影响
§4.4 本章小结
第五章 La含量对掺镧Bi_2Ti_2O_7薄膜的影响
§5.1 引言
§5.2 实验过程
§5.3 实验结果与讨论
5.3.1 La含量对薄膜晶化温度的影响
5.3.2 La含量对薄膜漏电流的影响
5.3.3 La含量对薄膜介电常数的影响
§5.4 本章小结
第六章 Bi_(0.8)La_(0.2)Ti_2O_7薄膜的制备及性能的研究
§6.1 引言
§6.2 实验过程
§6.3 实验结果与讨论
6.3.1 薄膜的X射线衍射分析
6.3.2 薄膜的表面形貌分析
6.3.3 前驱体溶液的热重、差热分析
6.3.4 薄膜的XPS分析
6.3.5 BLTO(0.2)材料的红外光谱分析
6.3.6 薄膜的紫外与可见光谱分析
6.3.7 BLTO(0.2)薄膜的绝缘性能研究
6.3.8 BLTO(0.2)薄膜的介电性能研究
§6.4 本章小结
第七章 掺钐Bi_2Ti_2O_7薄膜的制备及性能的初步研究
§7.1 引言
§7.2 实验过程
§7.3 实验结果与讨论
7.3.1 BSTO(0.2)薄膜的X射线衍射分析
7.3.2 BSTO(0.2)薄膜的表面形貌分析
7.3.3 BSTO(0.2)材料的紫外与可见光谱分析
7.3.4 BSTO(0.2)薄膜的电学性能研究
§7.4 BSTO与BLTO性能的比较
§7.5 本章小结
第八章 本文研究成果及进一步有待解决的问题
参考文献
致谢
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发布时间: 2005-10-17
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