SrRuO_3导电层对快速退火制备Pb(Zr,Ti)O_3薄膜结构和性能的影响

采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上,制备了Pt/Pb(Zr,Ti)O3(PZT)/Pt和SrRuO3(SRO)/PZT/SrRuO3(SRO)异质结电容器,并研究了快速退火条件下SRO导电层对PZT结构和性能的影响。XRD测试表明,两种结构电容器中的PZT薄膜均为钙钛矿结构,SRO/PZT/SRO、Pt/PZT/Pt均具有较好的铁电性和脉宽依赖性,5V电压下两电容器的剩余极化强度Pr和矫顽电压Vc分别为28.3μC/cm2、1.2V和17.4μC/cm2、2.1V。在经过1010次翻转后,SRO/PZT/SRO铁电电容器疲劳特性相对于Pt/PZT/Pt电容器有了较大的改善,但SRO导电层的引入也带来了漏电流增大的问题。

沉积温度对磁控溅射生长SrRuO_3薄膜结构和性能的影响

采用射频磁控溅射法在(001)SrTiO3基片上制备了SrRuO3薄膜,采用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、四探针测试仪等分析方法系统研究了沉积温度对SrRuO3薄膜结构、表面形貌及输运性质的影响。实验结果表明:当生长温度低于550℃时,SrRuO3薄膜为多晶结构;当温度在550～650℃范围内变化时,SrRuO3薄膜可以在SrTiO3基片上外延生长,薄膜的最低电阻率约为0.5mΩ.cm。

沉积温度对磁控溅射BiFeO3薄膜结构和性能的影响

应用磁控溅射法在以SrRuO3(SRO)薄膜为缓冲层的Pt/TiO2/SiO2/Si(001)基片上制备了多晶BiFeO3(BFO)薄膜,构架了SRO/BFO/SRO异质结电容器。采用X射线衍射、铁电测试仪等研究沉积温度对BFO薄膜结构和性能的影响。X射线衍射图谱显示BFO薄膜为多晶结构。在2.5 kHz测试频率下,500℃生长的BFO薄膜呈现比较饱和的电滞回线,2Pr为145μC/cm2,矫顽场Ec为158 kV/cm,漏电流密度约为2.4×10-4A/cm2。漏电机制研究表明,在低电场区,SRO/BFO/SRO电容器满足欧姆导电机制,在高电场区,满足普尔-弗兰克导电机理。实验发现:SRO/BFO/SRO电容器经过109翻转后仍具有良好的抗疲劳特性。

非晶Ni-Al-N薄膜用作Cu互连阻挡层的研究

以一种新的三元非晶化合物薄膜作为Cu互连的阻挡层,采用射频磁控溅射法构架了Cu(120 nm)/Ni-Al-N(10nm)/Si的异质结。利用四探针测试仪、X射线衍射仪和原子力显微镜研究了不同温度下高真空退火样品的输运性质、微观结构与表面形貌。实验发现非晶Ni-Al-N薄膜经过650℃的高温处理仍能保持非晶态,各膜层之间没有明显的反应和互扩散存在,表明非晶Ni-Al-N具有良好的阻挡效果,可以用作Cu互连的阻挡层材料。另外,相对于Ni-Al扩散阻挡层材料,N的掺入填充了阻挡层的缺陷,降低了Cu膜粗糙度,使薄膜表面更加平整致密,起到了细化晶粒的作用。对Ni-Al-N阻挡层的失效机制的研究表明Ni-Al-N阻挡层的失效机制有别于传统的Cu-Si互扩散机制,Cu膜内应力导致其颗粒内聚形成大团簇,与阻挡层剥离会导致Cu/Ni-Al-N/Si结构失效。

含Ni-Al阻挡层硅基BiFe_(0.95)Mn_(0.05)O_3铁电电容器的结构及物理性能

以Ni-Al为阻挡层,在Si衬底上构架了SrRuO3(SRO)/BiFe0.95Mn0.05O3(BFMO)/SRO异质结电容器。X射线衍射(XRD)分析表明:Ni-Al阻挡层为非晶结构,BFMO薄膜为具有良好结晶质量的多晶结构。在5 kHz测试频率下,SRO/BFMO/SRO电容器呈现饱和的电滞回线。实验发现,SRO/BFMO/SRO铁电电容器具有良好的抗疲劳性能。漏电机制研究表明,外加电场小于210 kV/cm时,SRO/BFMO/SRO电容器满足欧姆导电机制,在电场大于210kV/cm时,满足空间电荷限流传导机制。

光照对BiFe_(0.95)Mn_(0.05)O_3薄膜铁电和输运性质的影响

采用溶胶-凝胶法在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(001)基片上制备了BiFe0.95Mn0.05O3(BFMO)薄膜,并构架了Pt/SrRuO3/BFMO/Pt型电容器。X射线衍射(XRD)分析发现在650℃快速退火可以得到良好结晶质量的多晶薄膜。紫光入射到薄膜表面,电滞回线发生变化,这是由于光照在薄膜内部产生的光生载流子影响了退极化场的分布。研究表明,在紫光照射下,薄膜的漏电流密度变大,电导由5.1×10-7S增大到6.63×10-7S。通过对暗电流密度的拟合发现,BFMO薄膜为欧姆导电机制。

沉积温度对BiFeO_3薄膜结构和性能的影响

采用磁控溅射法制备SrRuO3(SRO)薄膜、脉冲激光沉积法制备BiFeO3(BFO),构架了Pt/SRO/BFO/SRO/SrTiO3(001)异质结,采用X射线衍射仪(XRD)、铁电测试仪研究了沉积温度对BFO薄膜结构和性能的影响。研究结果表明,随着温度的升高,BFO(001)和(002)衍射峰强度逐渐增强,BFO(110)和Bi2O3衍射峰强度逐渐减小,不同沉积温度下生长的样品都具有铁电性,在800 kV/cm的电场下,640℃下生长的BFO薄膜的剩余极化强度为65μC/cm2。采用数学拟合的方法研究了Pt/SrRuO3/BiFeO3/SrRuO3/SrTiO3的漏电机理,结果表明BFO薄膜导电机理为普尔-弗兰克导电机理。

退火工艺对含Ti-Al阻挡层的硅基Pb(Zr_(0.4),Ti_(0.6))O_3铁电电容器结构和性能影响的研究

应用非晶的Ti-Al薄膜为导电阻挡层,采用射频磁控溅射法和溶胶-凝胶法在Si衬底上制备了La0.5Sr0.5CoO3/Pb(Zr0.4,Ti0.6)O3/La0.5Sr0.5CoO3/Ti-Al/Si(LSCO/PZT/LSCO/Ti-Al/Si)异质结,研究了550℃常规退火(CTA)和快速退火(RTA)工艺对LSCO/PZT/LSCO/Ti-Al/Si结构和性能的影响。实验发现非晶Ti-Al薄膜在经过不同退火工艺后仍具有非晶结构,快速退火6min的样品具有较好的物理性能。在418kV/cm的外加电场下,LSCO/PZT/LSCO电容器的剩余极化强度和矫顽电场强度分别为22μC/cm2和83kV/cm。LSCO/PZT/LSCO电容器的漏电行为不依赖于退火工艺,当电场强度低于46.7kV/cm时为欧姆导电,高于46.7kV/cm时为肖特基导电机制。

快速退火对Ni-Al-O栅介质结构和介电性能的影响

采用反应脉冲激光沉积方法(PLD)分别在n-Si(100)和Pt/Ti/SiO2/Si(111)衬底上生长了Ni-Al-O栅介质薄膜,将样品在不同温度下进行快速退火处理.通过XRD和AFM对其结构和表面形貌进行了表征,利用LCR表和Keithley表对其介电性能和漏电流进行了研究.结果表明,样品经过750℃退火后仍然保持非晶状态,且样品的表面平整,均方根粗糙度小于0.5 nm.在1 MHz测试频率下,由Pt/Ni-Al-O/Pt电容器测得的介电常数为9.9.MOS电容器的电学测试显示,700℃以上退火的样品有较高的电容值,较低的漏电流密度.研究表明,Ni-Al-O薄膜是一种有潜力的新型高k栅介质材料.

硅基BiFe_(0.95)Mn_(0.05)O_3/Pb(Zr_(0.4)Ti_(0.6))O_3/BiFe_(0.95)Mn_(0.05)O_3集成薄膜的结构及其铂电极电容器的性能

用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO_2/Si(001)基片上制备了BiFe_(0.95)Mn_(0.05)O_3/Pb(Zr_(0.4)Ti_(0.6))O_3/BiFe_(0.95)Mn_(0.05)O_3(BFMO/PZT/BFMO)集成薄膜,采用X射线衍射仪分析了其物相结构;采用铁电测试仪考察了该集成薄膜与铂极构成的铁电电容器的性能。结果表明:该集成薄膜结晶较好,除BFMO、PZT及基片的衍射峰外没有其它衍射峰存在;当电场强度为0.7 MV·cm^(-1)时,Pt/BFMO/PZT/BFMO/Pt电容器的电滞回线对称性良好,剩余极化强度为17.9μC·cm^(-2),矫顽力为0.12 MV·cm^(-1);在电场强度为0.4 MV·cm^(-1)下测得的铁电电容器漏电流密度为2×10^(-5)A·cm^(-2),电容器在经过10^(10)次反转后未出现明显的疲劳现象。