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溶胶—凝胶法制备La掺杂钛酸铋薄膜和多层膜及其铁电性质研究

王强  
【摘要】:镧掺杂钛酸铋((Bi_4-x)La_x)Ti_3O_(12))以其高剩余极化强度、良好的疲劳强度和介电响应快等优点,在铁电随机存储器(FRAM)上的应用前景非常广阔,是近年来人们研究的热点。虽然在这方面的工作已经取得了可喜的进展,但要使其成功地应用于FRAM器件上,仍有很多问题有待进一步解决,如因剩余极化强度不够大,所制得FRAM的容量偏小还不能与现有的动态随机存储器(DRAM)等器件竞争等。现有已经生产出来的FRAM器件的容量大约在兆(M)的量级,与现有的DRAM等随机存储器的容量差距较大。所以有必要提高剩余极化强度来增加FRAM的容量。因此,对具有高剩余极化强度薄膜的制备和研究是一项很有意义的工作。 本文采用溶胶-凝胶法,研究了薄膜制备工艺中的烘烤温度(即溶剂的挥发温度)对(Bi_(3.25)La_(0.75))Ti_3O_(12)(BLT)薄膜的影响。发现在保持薄膜结晶温度和有机物分解温度相同的情况下,烘烤温度对BLT薄膜的晶体结构、表面形貌和铁电性质均产生重要影响。在较低烘烤温度下得到的薄膜(117)择优取向明显。但随着烘烤温度增加,薄膜的(117)择优取向逐渐减弱。薄膜的表面晶粒形貌则从棒状逐渐转变为盘状。本文还测量了薄膜的铁电性质,发现在250℃烘烤温度下得到的薄膜具有最大的剩余极化强度,2Pr为28.4μC/cm~2。 本文还对Bi_4Ti_3O_(12)(BT)/ (Bi_(3.25)La_(0.75))Ti_3O_(12)(BLT)多层膜进行了研究。在Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上制备了BT/BLT多层膜。该多层膜的周期为60nm BLT/30nm BT重复三次达到所需的薄膜厚度。实验的结果显示,这样的多层膜结构能带来剩余极化强度的增强,可以达到61μC/cm~2,并且薄膜仍然显示了很好的疲劳强度,表明采用多层膜结构是一种提高BLT薄膜极化强度的有效方法。


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