RF磁控溅射及LSMCD法制备铁电薄膜研究.pdf

中文摘要 铁电薄膜由于具有压电、热释电、铁电效应，在制备工艺上还可以逐渐做到 与半导体平面工艺兼容，目前已成为国际上新型功能材料研究的热点之一。本文 首先制备出溅射所需的PZT和BST陶瓷靶材，然后使用直流对靶磁控溅射法在 件对PZT和BST薄膜的影响，发现通氧气不利于PZT薄膜中钙钛矿相的生成， 但有利于BST薄膜钙钛矿相的生成。探索了不同退火条件对PZT薄膜的影响，。 发现退火温度低于700C时易于得到烧绿石结构而不利于钙钛矿相的生成。对影 响PZT薄膜性能的五个因素：工作气压、基片温度、氧／(氩+氧)之比、溅射功率、 退火温度分别在其允许范围和精度内设置五个水平。根据均匀设计理论对该五因 素五水平进行均匀设计。应用射频磁控溅射在Pt／Ti／Si02／Si上制备了PZT薄膜， 测定了PZT薄膜的厚度、表面形貌及电学性能。最后对这些响应结果进行了二 次线性回归，得出回归方程。并对每个回归方程中最显著的两项因素做出了三维 模拟响应面分析。探讨了达到最优化薄膜特性所需要的工艺条件。使用原子力显 微技术分析了不同溅射过程参数对PZT薄膜样品的平均晶粒尺寸，均方根粗糙 度和算术平均面粗糙度的影响。实验结果表明基片温度对PZT薄膜的表面形貌 影响不大，提高溅射的工作气压和溅射功率能增大薄膜的薄膜晶粒尺寸，增大靶 基距能减小薄膜的晶粒尺寸。提高溅射的工作气压和靶基距能减小薄膜的均方根 粗糙度和算术平均面粗糙度，提高溅射功率能增大薄膜的均方根粗糙度和算术平 均面粗糙度。使用液态源雾化化学沉积法制备出了不同结构的钛酸锶钡铁电薄 膜。XRD测试表明制备的薄膜具有钙钛矿的晶体结构，SEM表明制备的薄膜晶 粒大小约为20．100nm。测定了不同结构钛酸锶钡铁电薄膜的电滞回线，并计算 出梯度BST薄膜样品的矫顽场强为100kV／em，饱和极化强度和剩余极化强度分 别为12．51．‘C／cm2和7．5I_tC／em2，介电常数及介电损耗分别为526和0．06。 关键词： 铁电薄膜射频磁控溅射均匀设计液态源雾化化学沉积梯度薄膜 ABSTRACT Duetothe andthe pyro-，piezo一，ferro·electricitycompatibility谢thplanar‘ are in of thinfilms a诵dc of semiconductors，ferroelectric technology applied range ferroelectricrandomaccess infraredscnsol8 devices，including memories，pyroelectric inf瑚-edthermal transducers． modulators，ultrasonic imagingdevices，electro-optic The PZTandBSTceramicare bottomelectrodesare perovskite targetsprepared．Pt／Ti on substrate PZT Si02／Si magnetronsputteringsystem．The prepared byfacing-target thinfilmiwith are on andBSTferroelectric Pt／TVSi