Bi系层状铁电薄膜BTO和SBTO的结构和性能研究

论文摘要

进入上世纪90年代以后,随着微电子技术和计算机工业迅速发展,具有高存取速度和存储密度、抗辐射、不挥发等特点的铁电薄膜存储器（FeRAM）受到了人们的广泛关注。近年来,Bi系层状铁电氧化物（Bismuth Layer-Structured Ferroelectrics—BLSFs）以其优良的抗疲劳特性得到了广泛的关注。本文选择Bi4Ti3O12（BTO）和Sr2 Bi 4 Ti 5 O1 8（SBTO）为研究对象。采用脉冲激光沉积法（pulsed laser deposition, PLD）制备薄膜。为了与传统的半导体工艺相集成以及降低成本,本文选择商业化基片Pt/TiO2/SiO2/Si为衬底,生长BTO和SBTO薄膜,并尝试改善其性能。首先制备出了BTO和SBTO的靶材,并研究出在Pt/TiO2/SiO2/Si基片上BTO和SBTO薄膜的最佳生长工艺参数。其次,针对铁电存储器应用的最关键技术指标疲劳特性产生的两种机制,本文在与半导体工艺相集成采用Pt/TiO2/SiO2/Si基片前提下,采取在Pt电极上再生长一层导电氧化物（SrRuO3 （SRO）、LaSrCo O3 （LSCO）、LaNi O3 （LNO））做复合电极的方法来改善其性能。结果表明这一层的导电氧化物电极改变了薄膜生长的取向:从直接在Pt电极上的c轴取向变为非c轴取向。使BTO薄膜的极化得到了增大,并减小了矫顽电场,而疲劳特性更是得到了显著的提高。最后本文还研究了SBTO在氧化物电极上的电性能,结果表明SBTO有着很好的极化和疲劳特性,是一种很有应用价值和前景的铁电存储器材料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 Bi 系层状钙钛矿铁电薄膜的研究现状
• 1.3 Bi 系层状氧化物铁电薄膜的制备方法简介
• 1.4 Bi 系层状氧化物铁电薄膜的研究现状
• 1.5 本文研究目的及意义和实验方案
• 第二章 实验方法及原理
• 2.1 BTO 和SBTO 薄膜的制备方法
• 2.2 薄膜结构与电性能的表征方法
• 第三章 BTO 和SBTO 靶材的制备
• 3.1 制备过程
• 3.2 靶材的分析
• 第四章 BTO 和SBTO 薄膜的制备及其结构和性能
• 4.1 衬底温度对BTO 薄膜结构和性能的影响
• 4.2 氧气氛压力对BTO 薄膜结构和性能的影响
• 4.3 SBTO 薄膜的制备
• 第五章 BTO 薄膜性能改善和SBTO 薄膜的研究
• 5.1 导电氧化物做复合电极对BTO 薄膜取向和性能的影响
• 5.2 SBTO 薄膜性能的研究
• 5.3 氧化物电极对SBTO 薄膜性能影响的研究
• 5.4 结论
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间发表的论文