PZT薄膜界面“钝化”层电容测试方法的研究

论文摘要

铁电存储器以其优越的存储特性得到了广泛的关注,其中应用和研究最为广泛的铁电材料是锆钛酸铅Pb(Zr1-xTix)O3（简称PZT）。PZT具有较低的处理温度（最低结晶温度:450℃）和极高的自发极化强度（2Pr可达到60μc/cm2）吸引了人们广泛的注意。但是PZT作为一种优秀的铁电材料,仍然存在以下几方面的问题限制了它的应用与发展:极化疲劳;电荷保持时间短;印记效应。PZT的这三个问题就像铁电存储器应用天空上的三朵乌云,如果不破开这三朵乌云,铁电存储器的研究将始终得不到发展,终将为历史所遗弃。国内外学术界以及工业界为了克服PZT的这三大困难,提出了很多解决方案。最主要的解决方案有以下几种:1,对PZT掺杂改性,如掺Ni。2,使用Bi系层状结构铁电材料,如SBT,BLT等代替PZT。3,使用金属氧化物电极或其它也具有钙钛矿结构的导电化合物电极取代Pt电极,如Ir0,LaNi03。除了这些化学方面的改进外,人们普遍意识到在铁电电容中电极和铁电薄膜之间存在着一层界面钝化层,这层钝化层会对铁电薄膜电畴的翻转发生影响,进而影响铁电薄膜存储器的电荷保持时间和印记等特性。本文提出了一种测试铁电薄膜界面钝化层的新方法,与传统方法比较,并且分析其优越性。本文主要研究了外加电压和温度对界面层电容的影响,以及制备工艺中可能会影响界面层电容的因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章:引言
• 第一节:铁电体概述
• 1.1 铁电体的定义
• 1.2 铁电体材料
• §1.2.1 钙钛矿结构铁电材料
• §1.2.2 铋系层状结构铁电材料
• §1.2.3 其它结构的铁电材料
• 1.3 铁电学的发展历史
• 第二节:铁电存储器的特点和发展历史
• 2.1 铁电存储器的特点
• 2.2 铁电存储器的发展历史
• 2.3 铁电材料的其它应用
• 第三节:铁电材料的制备工艺以及表征方法
• 3.1 铁电薄膜的制备方法
• §3.1.1 射频磁控溅射
• §3.1.2 脉冲激光沉积法
• §3.1.3 金属有机物化学气相沉积（MOCVD）
• §3.1.4 溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
• 3.2 铁电薄膜的表征手段
• §3.2.1 物化结构性能表征
• §3.2.2 电学性能及其表征
• 第四节:本论文的工作
• 第二章:硅基铁电薄膜的溶胶-凝胶法制备技术研究
• 第一节:Sol-Gel法制备PZT铁电薄膜
• 1.1 Sol-Gel法的化学原理
• 1.2 PZT溶胶的配置
• 1.3 衬底的选取
• 1.4 薄膜的旋涂
• 1.5 薄膜的热处理
• 第二节:铁电薄膜电容器的工艺流程
• 2.1 清洗白金片
• 2.2 生长PZT薄膜
• 2.3 淀积金属上电极
• 2.4 光刻,腐蚀上电极
• 2.5 腐蚀下电极
• 第三节:铁电薄膜的品质表征
• 3.1 形貌分析
• 3.2 晶化品质
• 第四节:铁电薄膜电学测试
• 4.1 电滞回线
• 4.2 C-V曲线
• 4.3 I-t曲线
• 第五节:本章小结
• 第三章:铁电薄膜界面层电容的研究
• 第一节:铁电薄膜界面层电容的研究历史及意义
• 第二节:铁电薄膜界面层电容的物理模型和提取方法
• 第三节:先进的铁电薄膜界面层电容提取方法
• 3.1 铁电薄膜电畴翻转机制理论的介绍
• 3.2 新的铁电薄膜界面层电容提取方法的介绍
• 3.3 两种界面层电容提取方法的比较
• 第四节:界面层电容对温度的响应
• 第五节:本章小结
• 第四章:薄膜制备工艺对界面层电容的影响
• 第一节:Pt衬底对界面层电容的影响
• 第三节:本章小节
• 全文总结
• 致谢
• 参考文献