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界面对PZT铁电薄膜性能的影响

张景基  
【摘要】:ABO_3系钙钛矿结构铁电薄膜是一类强介电材料,其介电常数可高达10~2~10~6,由于具有优良的铁电、压电、热释电、电光、声光及非线性光学特性,具有其它材料不可比拟的优越性能,使得它在红外探测器、非挥发存储器、电光器件、机电耦合器件等众多方面具有广泛的应用前景。自20世纪90年代以来,一直是新型功能材料领域的研究前沿和热门,其中PZT由于剩余极化大而尤其受到人们的青睐。 对于薄膜,在较低的温度甚至室温下就可能发生显著的反应或互扩散。然而,在铁电薄膜/衬底间的互扩散和界面的结晶膜不好导致铁电体性能下降的问题一直未能得到很好的解决。PZT薄膜器件的基本结构是铁电薄膜夹在作为上下电极的导电膜中构成的“三明治”结构,在铁电薄膜/上下电极间会形成一层界面,会影响铁电薄膜的性能。 本文的目的是利用射频磁控溅射工艺在硅基(三种Si衬底:p型低阻Si(111)[简称p-Si],n型低阻Si(111)[简称n-Si],多孔Si(111)[简称PS-Si])上制备PZT铁电薄膜,分析界面对PZT铁电薄膜性能的影响。主要的工作内容包括以下几个方面: (1)LNO底电极的制各 以p-Si为衬底,在不同的衬底温度下沉积LNO底电极薄膜,经不同的退火温度处理工艺。经XRD分析,在室温下沉积LNO薄膜,经500℃、550℃温度退火30mins,均出现Ni_3Si(111)峰,同时获得LNO薄膜的钙钛矿相的(100)、(110)、(111)和(200)多结晶取向;随衬底温度的升高,Ni_3Si(111)峰减弱了,LNO钙钛矿相(200)峰增强了,表现为择优取向(100)。 (2)PZT铁电薄膜的制备 在LNO/p-Si衬底上溅射沉积PZT铁电薄膜,结果表明,在衬底温度260℃下沉积的PZT薄膜出现微弱的钙钛矿相结构的(111)衍射峰;但经650℃后退火15mins处理,除原有的PZT钙钛矿相(111)峰之外,还出现了(110)和(200)峰,最强的是(110)峰;PZT薄膜经后退火处理,表面起伏有所增大,铁电性能有了较大的提高,漏电流降低了3个数量级。 (3)PZT/Si界面对PZT铁电薄膜性能的影响


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