直接感光法BST薄膜图形制备及其性能的研究

论文摘要

BST由于其良好的铁电、介电、热释电性及绿色环保性,被广泛的应用于动态随机存储器DRAM、红外传感器UFPA、非挥发性存储器FeRAM等铁电集成领域。对于铁电集成器件的应用,不仅要求一定的膜厚,而且需要特定的图形,因此,适应特定铁电器件膜厚和图形需求的图形化薄膜的制备技术,对于铁电器件的发展具有重要的理论意义和实用价值。本课题针对DRAM、UFPA和FeRAM器件应用的典型膜厚需求,在化学修饰的溶胶-凝胶工艺的基础上,引入PVP改性剂,采用直接感光法单次制备得到了介电性能良好的BST图形化薄膜。研究发现:（1）采用乙酸钡、乙酸锶、钛酸丁酯为出发原料,以醋酸与甲醇为溶剂,以乙酰丙酮为化学修饰剂,以PVP为开裂抑制剂,能够合成制备具有紫外感光特性的BST溶胶,溶胶浓度约为0.7-0.8mol/L,紫外敏感波长约为325nm,单次制备的BST图形化薄膜:其介电常数约为600,介电损耗约为0.03;（2）PVP的引入提高了单次制备的BST薄膜厚度,抑制了薄膜开裂,随PVP的添加量不同,单次制备的BST薄膜厚度从200～800nm范围可调,当PVP的添加量与溶剂的质量比达到1:30以上时,可明显抑制BST薄膜的开裂;（3）采用200℃烘干20min→500℃预处理20min→700℃热处理30min→随炉冷却的阶段热处理工艺,有利于发挥PVP添加剂的开裂抑制效果,可以单次制备得到致密的BST钙钛矿相图形化薄膜,厚度可以达到800nm左右。结果表明:采用直接感光法单次制备BST图形化薄膜的方法是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• xSr_1-xTiO₃)薄膜材料的研究及应用现状'>1.1 钛酸锶钡(Ba_xSr_1-xTiO₃)薄膜材料的研究及应用现状
• 1.2 钛酸锶钡（BST）厚膜制备研究现状
• 1.2.1 Sol-gel法的原理
• 1.2.2 Sol-gel法制备BST厚膜制备的研究进展
• 1.3 钛酸锶钡（BST）薄膜图形化技术研究现状
• 1.4 课题主要研究内容
• 2 实验方案及实验条件
• 2.1 高浓度感光性溶胶的合成
• 2.2 BST薄膜热处理工艺研究
• 2.3 PVP对薄膜厚度、开裂抑制及图形化工艺的影响规律研究
• 2.4 BST图形化薄膜的制备及性能研究
• 2.4.1 电学性能测试样品的制备
• 2.4.2 薄膜的介电性能测试原理
• 2.4.3 薄膜的铁电性能测试原理
• 2.5 实验条件及测试仪器
• 2.5.1 实验条件
• 2.5.2 测试仪器
• 3 感光性BST溶胶的合成
• 3.1 溶胶体系的选择
• 3.1.1 溶剂的选择
• 3.1.2 化学修饰剂的选择
• 3.1.3 引入开裂抑制剂PVP的溶胶稳定性评价
• 3.2 BST感光性溶胶的配制
• 3.2.1 常规的BST溶胶的合成路线
• 3.2.2 改进的BST溶胶的合成路线
• 3.2.3 溶胶的感光性分析
• 3.3 小结
• 4 BST薄膜热处理工艺的选择
• 4.1 热处理温度的选择
• 4.2 热处理方式的选择
• 4.2.1 连续热处理方式
• 4.2.2 阶段性热处理方式
• 4.2.3 微波处理方式
• 4.3 单次制备的BST薄膜的结构及组织评价
• 4.4 小结
• 5 PVP对薄膜开裂、厚度及图形制备工艺的影响
• 5.1 PVP的加入量对薄膜开裂现象的影响
• 5.2 PVP的加入量对薄膜厚度的影响
• 5.3 PVP对薄膜图形制备的影响
• 5.3.1 PVP对薄膜图形感光工艺的影响
• 5.3.2 PVP对薄膜图形溶洗工艺的影响
• 5.4 小结
• 6 BST薄膜图形的性能表征
• 6.1 BST薄膜图形的结构表征
• 6.2 BST薄膜图形的电学性能测试
• 6.2.1 多次制备的BST薄膜的电学性能
• 6.2.2 单次制备BST薄膜的电学性能
• 6.2.3 BST薄膜图形的电学性能
• 6.3 小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录