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激光沉积法制备SrTiO_3铁电薄膜及其性能分析

万晓婧  
【摘要】:随着微电子集成技术的长足发展,以及光电子和传感器等相关技术向微小型化应用领域的不断拓宽,铁电薄膜材料的发展呈现出十分诱人的前景。钙钛矿型铁电氧化物优良的综合性能,使得其长久以来成为人们的研究热点,而薄膜材料的研究更是如此。由于薄膜性能好坏直接影响器件的性能,随着科学技术的发展,各种特殊用途对薄膜技术与薄膜材料的性质提出了各种各样的要求,例如尺寸的要求,膜的结构上的要求,表面形貌上的要求等。为了满足实际应用中提出的要求,就必须通过反复实验和仔细研究工艺参数,以实现薄膜材料的广泛应用。 基于这方面的原因,本文简述了铁电薄膜的历史发展及研究现状,铁电薄膜的发展进程和常用的制备方法和技术,及其应用价值。在实验上利用脉冲激光沉积法,成功制备典型的钙钛矿型氧化物钛酸锶和钛酸钡薄膜。通过对材料的结构、表面形貌及光学性能测试,揭示了薄膜性能与制备方法和工艺的关系。 论文主要内容包括: (1)利用GCR-170型脉冲激光器Nd:YAG的三次谐波(355nm),以LaAlO3(LAO)(100)为衬底,在不同基片温度、氧分压、激光功率和衬底下采用脉冲激光沉积法(PLD)制备了钛酸锶(STO)薄膜。通过探针式台阶仪、X射线衍射(XRD)法、原子力显微镜(AFM)和光学透射谱等对沉积的钛酸锶薄膜进行了测试,表征了在不同工艺参数下薄膜的微观结构、表面形貌和光学特性。研究表明:基片温度、氧分压、激光功率和衬底对钛酸锶薄膜都是重要的工艺参数,这为进一步对STO薄膜的制备与分析提供良好的实验数据支持。 (2)利用GCR-170型脉冲激光器Nd:YAG的三次谐波(355nm),以MgO(100)为衬底,在不同氧分压下采用PLD制备了钛酸钡薄膜。通过探针式台阶仪、XRD法、AFM和光学透射谱等对沉积的钛酸锶(BTO)薄膜进行了测试,表征了在不同氧分压下薄膜的微观结构、表面形貌和光学特性。研究表明:BTO薄膜呈现非晶态;随着氧分压的升高,BTO薄膜的表面粗糙度RMS逐渐升高;BTO薄膜在紫外、可见波段有较强的吸收。


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