无铅铁电薄膜的抗电离辐射性能研究

论文摘要

铁电存储器具有高的读写速度、低功耗、抗辐射、非易失性以及与现有集成电路技术的良好兼容性,因此被认为是最有潜力的下一代存储器。铁电材料优良的抗辐射性能使其特别适合应用于航天领域方面。然而目前对铁电材料抗辐射性能的研究主要以锆钛酸铅（PZT）为主,对钕掺杂钛酸铋Bi3.15Nd0.85Ti3O12（BNT）无铅铁电薄膜抗辐射性能的研究鲜有报道,这严重制约了BNT铁电薄膜的应用。基于这一背景,本论文选择BNT铁电薄膜为研究对象,研究了BNT铁电薄膜的抗电离辐射能力,结果表明BNT铁电薄膜具有良好的抗电离辐射能力。主要内容如下:1.本论文以Pt/Ti/SiO2/Si结构的硅片为基底,采用溶胶-凝胶法制备了BNT铁电薄膜,并借助X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）以及铁电分析仪等仪器对制备的BNT铁电薄膜的晶体微观结构和电学性能进行了表征。结果表明,溶胶-凝胶制备的BNT铁电薄膜具有典型的铋层状钙钛矿结构且无杂相,剩余极化强度（2Pr）约为50μC/cm2,偏压为5 V时,漏电流约为5×10-5 A,由此可知制备的BNT铁电薄膜具有良好的铁电性能。2.为了研究BNT铁电薄膜的抗电离辐射能力,本论文以高能电子和高能光子作为电离辐射源,分别以10 Mrad（Si）和100 Mrad（Si）为辐射总剂量对薄膜进行了辐照。对薄膜辐射前后的性能测试分析表明,经辐射后薄膜依然具有铋层状钙钛矿结构,但其X射线衍射峰强度有所下降,这主要是由于表面晶粒度下降所致。辐射可以重塑薄膜表面形貌,在辐照作用下薄膜表面粗糙度会逐渐降低。经辐射后薄膜的剩余极化强度以及漏电流都有所降低,但是经10 Mrad（Si）辐射后薄膜的剩余极化强度下降仅为6.3%,这说明BNT铁电薄膜可以抵抗总剂量为10 Mrad（Si）的电离辐射,由此表明BNT铁电薄膜具有良好的抗电离辐射性能。经100 Mrad（Si）辐射后,BNT薄膜阻抗有较大增加,从而导致了漏电流的明显下降。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 铁电材料
• 1.1.1 铁电体
• 1.1.2 铁电材料的晶体结构类型
• 1.1.3 铁电材料的历史研究概况
• 1.2 铁电薄膜
• 1.2.1 铁电薄膜的基本介绍
• 1.2.2 铁电薄膜的制备方法
• 1.2.3 铁电存储器
• 1.3 辐射环境及辐射损伤机理
• 1.3.1 辐射环境
• 1.3.2 基本辐射损伤机理
• 1.3.3 铁电薄膜材料的辐射研究现状
• 1.4 本论文的选题依据及主要研究内容
• 1.4.1 本论文的选题依据
• 1.4.2 主要研究内容
• 第2章 BNT 铁电薄膜的制备与性能表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验所需设备及化学试剂
• 2.2.1 实验所需设备
• 2.2.2 实验所需各种化学试剂
• 2.3 溶胶-凝胶法制备BNT 铁电薄膜
• 2.3.1 BNT 溶胶的配置
• 2.3.2 衬底的选择与清洗
• 2.3.3 BNT 铁电薄膜的匀胶过程
• 2.3.4 BNT 铁电薄膜的热处理过程
• 2.4 BNT 铁电薄膜微观结构表征
• 2.5 BNT 铁电薄膜电学性能
• 2.5.1 BNT 铁电薄膜的电滞回线
• 2.5.2 BNT 铁电薄膜的漏电流
• 2.6 本章小结
• 第3章 电离辐射对BNT 铁电薄膜性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 辐射对BNT 铁电薄膜晶体微观结构的影响
• 3.2.1 辐射对 BNT 铁电薄膜晶型结构的影响
• 3.2.2 辐射对BNT 铁电薄膜表面形貌的影响
• 3.2.3 辐射对BNT 铁电薄膜表面粗糙度的影响
• 3.3 辐射对BNT 铁电薄膜电学性能的影响
• 3.3.1 辐射对BNT 铁电薄膜电滞回线的影响
• 3.3.2 辐射对 BNT 铁电薄膜介电特性和漏电流的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 工作总结与展望
• 4.1 工作总结
• 4.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已公开发表的论文