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Ni-Al-O高k材料及PbZr_(0.2)Ti_(0.8O3)/Ti-Al-O异质结集成研究

李曼  
【摘要】:采用脉冲激光沉积法制备Ni-Al-O或Ti-Al-O高k薄膜,采用溶胶-凝胶法制备PbZr_(0.2)Ti_(0.8)O_3(PZT)铁电薄膜,构架了Pt/Ni-Al-O/Pt (MIM)、Pt/Ni-Al-O/Si (MOS)和Pt/PZT/Ti-Al-O/Si (MFIS)电容器。分别采用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、铁电测试仪(Precision LC Unit)、LCR表和Keithley表研究了样品的结构、表面形貌、铁电性能等。 采用Ni3Al合金靶,通过反应脉冲激光沉积方法在Pt/Ti/SiO_2/Si (111)和n-Si (001)衬底上制备了Ni-Al-O薄膜,研究了快速退火温度对薄膜结构和电学性能的影响。实验发现,薄膜经过750℃退火后是非晶的,表面平整,均方根粗糙度小于0.5 nm。MIM电容器的介电常数随频率的增大而减小,介电损耗先减小后增大。MOS电容器的电学测试显示,700℃退火的样品有较高的介电常数,较低的漏电流密度。 应用脉冲溅射沉积技术分别采用两步生长法和一步生长法在n-Si (001)基片上构架了Pt/Ni-Al-O/Si电容器,对两步法和一步法生长样品的电学特性和界面特性进行了研究。实验发现,采用两步生长法(第一步室温充氧生长,第二步加温生长)生长Ni-Al-O薄膜的介电常数较大,氧化物内存在的固定电荷最少,界面态密度最小(4.45×10~12 eV~-1 cm~-2)。 应用反应脉冲溅射沉积技术在Si基片上采用两步法生长了Ti-Al-O薄膜,通过溶胶-凝胶法在Ti-Al-O/Si和Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了PZT薄膜,构架了Pt/PZT/Pt电容器和Pt/PZT/Ti-Al-O/Si MFIS结构。实验发现,550℃退火的PZT薄膜的剩余极化强度较大,漏电流密度较小。MFIS结构的C - V曲线呈现滞后现象,随着外加电压的增大,记忆窗口不断增大,10 V时其记忆窗口为3.36 V,-15 V时电容器的漏电流密度仅为4×10~-5 A/ cm~2。


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