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硅基多晶钛酸锶钡铁电多层膜的结构与介电增强效应

葛水兵  
【摘要】:钛酸锶钡铁电薄膜因具有良好的铁电、介电、压电和热释电等性能而受到重视,这些性质使它们可应用于与硅电路集成的动态随机存储器。本论文的工作主要研究了利用脉冲激光法,在硅基片上沉积多晶的钛酸锶钡铁电多层膜,使其介电常数增强的同时,保持较低的介电损耗。通过对多层膜结构和性质的系统研究,分析了多晶的多层膜中介电增强效应的形成机理。论文的研究结果如下: (1)周期厚度对钛酸锶钡多层膜的影响 采用脉冲激光法在Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上沉积了多晶的BaTiO_3/Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3、BaTiO_3/Ba_(0.2)Sr_(0.8)TiO_3、BaTiO_3/SrTiO_3三种多层膜,研究发现周期厚度明显影响多层膜的介电性质,通过改变周期厚度,在三种多层膜中均发现了介电常数增强的现象。在BaTiO_3/Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3多层膜中,当周期厚度为60nm时,介电常数高达1336,介电损耗仅为0.04。在BaTiO_3/Ba_(0.2)Sr_(0.8)TiO_多层膜中,当周期厚度为80nm时,介电常数为890,介电损耗为0.04。在BaTiO_3/SrTiO_3多层膜中,当周期厚度为60nm时,介电常数为721,介电损耗仅为0.0334。研究同时表明,在硅基多晶的多层膜中,不同介质材料的接触处存在明显的界面层,正是这一特殊的界面层导致了介电常数的增强,该介电常数增强的现象与Maxwell-Wagner效应相关。 (2)后处理对钛酸锶钡多层膜的影响 利用脉冲激光沉积法在Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上,沉积了单层厚度为48nm的多晶BaTiO_3/Ba_(0.2)Sr_(0.8)TiO_3多层膜,通过对薄膜进行热后处理,研究了其介电性质。研究发现,薄膜经过热处理后,相对介电常数明显增大,而介电损耗变化不大。经过2.5小 硅基多晶钦酸铭钡铁电多层膜的结构与介电增强效应 中文摘要 时后处理的多层膜,其相对介电常数高达891,而介电损耗仅为0.038。作者采用MW 模型对实验数据进行了解释,结果表明,在合理的参数下,模拟曲线与实验结果相吻 (3)薄膜厚度对钦酸银钡多层膜的影响 利用脉冲激光沉积法在P灯Tl/5102/Si衬底上,沉积了不同总厚度的多晶 BaTIO3忍aoZsro.STio3多层膜,研究了周期厚度、界面数对薄膜介电性质的影响。研究 表明,在相同界面数的情况下,厚度对薄膜的介电性质影响较大。在薄膜厚度为240nm 时,多层膜的介电常数为810,介电损耗为0.036。同样,在保持周期厚度相同的前 提下,薄膜厚度对介电性质也产生较大的影响。在薄膜厚度为32Onln时,多层膜的 介电常数为913,而介电损耗仍然保持在较低的水平,仅为0.036。分析表明,实验 结果与界面空间电荷极化有关,通过对实验数据进行MW理论分析,发现拟合结果 与实验数据相符合。


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