收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

铁电薄膜的微细图形制备及其性能研究

张卫华  
【摘要】: 锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)、钛酸锶钡(BST)等铁电薄膜由于具有铁电、压电、热释电等效应,在非挥发性存储器、非制冷红外焦平面阵列探测器以及微电子机械系统等高新技术领域有重要的应用。随着集成铁电学的发展,铁电器件的集成度不断提高,制备高性能的铁电器件,除了制备优良的铁电薄膜以外,其微细图形制备也成为关键技术之一。因此,研究铁电薄膜微细图形制备对于铁电器件的发展具有重要的理论意义和实用价值。 本文系统研究了PZT、PLZT、BST系列铁电薄膜的化学修饰法感光性溶胶合成机理和直接感光法微细图形制备原理,讨论了不同衬底、不同晶种层对薄膜的相转变温度、晶体结构及其性能的影响,提出了PZT、PLZT、BST系列铁电薄膜的感光性Sol-gel工艺及其微细图形、微阵列制备新方法。 系统研究了化学修饰剂β-二酮(乙酰丙酮、苯甲酰丙酮)与乙酸铅、硝酸氧锆、锆酸丁酯、钛酸丁酯、硝酸镧、乙酸钡、氯化锶等出发原料的配位螯合反应过程,结果表明:(1)β-二酮(乙酰丙酮、苯甲酰丙酮)可以和乙酸铅、硝酸氧锆、锆酸丁酯、钛酸丁酯发生配位螯合反应,形成相应的金属螯合物结构,在后续的溶胶合成和凝胶薄膜制备过程中均能够稳定存在;在本研究条件下,β-二酮(乙酰丙酮、苯甲酰丙酮)不能和硝酸镧、乙酸钡、氯化锶发生化学配位反应。(2)利用化学修饰剂β-二酮(乙酰丙酮、苯甲酰丙酮)与PZT、PLZT、BST溶胶合成过程中的部分出发原料可以发生配位螯合反应的特性,可以合成含有螯合物结构的PZT、PLZT、BST系列溶胶,其紫外特征吸收峰为其中螯合物结构的特征吸收峰的加和结果,并随着螯合物的种类和相对含量的不同在一定范围内变化。(3)所合成的PZT、PLZT、BST溶胶及其凝胶薄膜在可见光、大气环境下具有良好的热稳定性和化学稳定性;采用适当波长范围的紫外光源照射凝胶薄膜,可以光致分解薄膜中的螯合物结构,从而使凝胶薄膜表现出明显的感光特性。(4)对相应凝胶薄膜采用直接感光工艺,结合乙醇溶洗和热处理过程,可以得到具有微细图形的铁电薄膜。(5)采用苯甲酰丙酮为主要化学修饰剂合成的螯合物及其最终制备的溶胶和凝胶薄膜具有更好的感光性。 系统研究了在不同衬底上制备的PZT、PLZT、BST薄膜相转变温度、晶体结构及其铁电、介电性能,结果表明:(1)本研究所采用的微细图形制备工艺对铁电薄膜的组分、晶体结构、铁电介电性能没有明显影响。(2) PZT、PLZT、BST铁电薄膜生长和晶相转变,属于“形核控制”方式,采用晶格匹配度好的衬底或晶种层能提供其异质形核核心,能有效改善PZT、PLZT、BST薄膜的铁电、介电性能。目前采用该工艺制备的PZT、PLZT、BST薄膜的最低热处理温度介于550℃~600℃,基本接近或达到铁电器件集成的允许温度和基本性能要求。 采用双光束He-Cd激光的二次干涉,通过控制曝光时间,可以在无需掩模的条件下,制备大面积、微米级、亚微米级PZT、PLZT薄膜的光栅、格栅和点阵列微细图形。目前研究制备的阵列图形最小周期间距为0.9μm,阵点单元尺寸约为350nm×350nm×40nm;所制备的微阵列的阵点单元在交变电场作用下,具有明显的铁电特性。 制备出高密度的二维ZrO2格栅模板,并在格栅孔内组装了PZT、PLZT铁电阵列,其中,PZT组装阵列的周期间距为1μm,阵列单元尺寸约为500nm×500nm×30nm;PLZT组装阵列周期间距为500nm,阵列单元尺寸约为250nm×250nm×30nm。研究结果表明,在该尺度下铁电阵列单元仍表现出明显的铁电特性。 本研究还将扫描力探针显微镜和铁电分析仪联用,研究、讨论了铁电微阵列单元的电滞回线直接原位测试方法,与近年来发展起来的压电响应扫描力探针显微镜(PFM, Piezoresponse Force Microscope)相比,没有压电性、取向性和膜厚的严格限制,可以直接测试纳米厚度的铁电单元的电滞回线,是对铁电薄膜微阵列的铁电特性评价方法的丰富和补充。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王春栋;滕保华;程登木;周飞;;两表面层铁电薄膜体介质层效应理论研究[J];四川师范大学学报(自然科学版);2011年05期
2 李振豪;李琳;普朝光;;应用于非制冷焦平面器件上的PMN-PT铁电薄膜[J];硅酸盐学报;2011年09期
3 田玥;唐艳学;石旺舟;;0.74Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.26PbTiO_3薄膜的光学性能研究[J];上海师范大学学报(自然科学版);2011年03期
4 郭淑兰;王敏;徐学东;李佳;;Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)薄膜的ICP刻蚀及性能研究[J];微电子学;2011年04期
5 王光明;张铭;李廷先;郭宏瑞;严辉;;氧压对脉冲激光沉积LaNiO_3薄膜结构和电学性能的影响[J];功能材料;2011年S2期
6 郭红力;刘果;李雪冬;肖定全;朱建国;;两步法快速退火对PMN-PT薄膜结构和性能的影响[J];功能材料;2011年08期
7 王英龙;张鹏程;刘虹让;刘保亭;傅广生;;晶粒尺寸及衬底应力对铁电薄膜特性的影响[J];物理学报;2011年07期
8 陶健;;关于边疆民族地区公共图书馆文化信息资源库建设的思考——以云南德宏州为例[J];科技信息;2011年15期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
11 ;[J];;年期
12 ;[J];;年期
13 ;[J];;年期
14 ;[J];;年期
15 ;[J];;年期
16 ;[J];;年期
17 ;[J];;年期
18 ;[J];;年期
19 ;[J];;年期
20 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵高扬;赵桂荣;;感光性溶胶-凝胶法在功能薄膜微细图形与微阵列中制备中的应用[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
2 赵高扬;赵桂荣;;功能薄膜微细图形制作新技术[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
3 陈辉;;非理想表面层对铁电薄膜极化率分布的影响[A];创新沈阳文集(B)[C];2009年
4 朱建国;肖定全;刘洪;朱基亮;;多层纳米铁电薄膜介电增强机理[A];TFC’09全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2009年
5 王彪;;纳米铁电薄膜及其相关材料相变性能的尺寸效应研究[A];第二届全国压电和声波理论及器件技术研讨会摘要集[C];2006年
6 平培元;;四个泰国优质籼稻品种(Oryza-sativa L.)的感光性研究[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年
7 于艳菊;王福平;赵连城;;稀土Eu掺杂改性的PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3铁电薄膜[A];2002年材料科学与工程新进展(下)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
8 马运新;宋世庚;苏树兵;郑应智;;纳米晶PZT/PT铁电薄膜的尺寸效应[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
9 李金隆;张鹰;李言荣;邓新武;熊杰;;BST类铁电薄膜的最低晶化温度和自组装生长研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
10 周易春;;无铅铁电薄膜及其存储器的制备和失效行为[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张卫华;铁电薄膜的微细图形制备及其性能研究[D];西安理工大学;2007年
2 张黄莉;钇钡铜氧超导薄膜及其微细图形化新方法研究[D];西安理工大学;2009年
3 卢兆信;铁电薄膜相变性质的高阶格林函数研究[D];电子科技大学;2011年
4 张芹;铁电薄膜极化性质的理论研究[D];吉林大学;2011年
5 杨锋;铁电薄膜与隧道结存储器件性能模拟及失效机理研究[D];湘潭大学;2010年
6 尹伊;铁电薄膜生长及器件制备工艺的研究[D];浙江大学;2011年
7 尚杰;铁电氧化物薄膜的制备及其激光感生电压效应[D];昆明理工大学;2010年
8 郭惠芬;钙钛矿铁电薄膜的制备及其表面微区电学性质研究[D];河南大学;2010年
9 朱哲;铁电薄膜生长机制和畴变演化的研究[D];湘潭大学;2011年
10 裴玲;钛酸铋基铁电薄膜的Sol-gel法制备及改性研究[D];武汉大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 余中;感光性PZT铁电薄膜制备及光敏性机理研究[D];西安理工大学;2003年
2 周光惺;BLT/PZT/BLT铁电薄膜的溶胶—凝胶制备及性能研究[D];华中科技大学;2009年
3 张才建;PT系铁电薄膜生长及其性能研究[D];电子科技大学;2010年
4 李莺;钛酸锶钡铁电薄膜的制备及微细加工[D];西安理工大学;2006年
5 袁媛;直接感光法BST薄膜图形制备及其性能的研究[D];西安理工大学;2008年
6 许华玉;有机铁电P(VDF-TrFE)薄膜的制备及铁电性能研究[D];湘潭大学;2010年
7 吴勤勇;铁电薄膜残余应力X射线衍射测试方法研究[D];湘潭大学;2010年
8 杨莺;锆钛酸铅铁电薄膜的制备及性能测试[D];西安理工大学;2003年
9 白刚;外延钙钛矿薄膜中铁电相变的唯象理论研究[D];汕头大学;2010年
10 姚东来;铁电薄膜的物理性质研究[D];苏州大学;2002年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 闵乃本;科学的春天带来阳光雨露[N];科技日报;2008年
2 山东省安丘市 李学海 刘瑞华;应强化“真空地带”管理[N];人民公安报;2001年
3 阿娜;路边的野菜你不要采[N];北京科技报;2004年
4 ;“两院”入驻15位上海新院士[N];上海科技报;2005年
5 吴昌红 吴红梅;我省三十多个项目登榜[N];新华日报;2006年
6 组稿 责任编辑 郭易楠;“阳光世博”助推新能源经济[N];上海科技报;2010年
7 北京友谊医院 主任医师 王润华 房山中医医院 医师 程洪杰;察“颜”观色判疾病[N];中国医药报;2001年
8 毛龙州;轻松设置ISO[N];电脑报;2004年
9 庾晋 白木 周洁;环保油墨 实现绿色印刷[N];中国包装报;2002年
10 冀平;光作能源起吊“纳米重物”[N];大众科技报;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978