取向对铁酸铋薄膜漏电机制和光伏性能的影响

本文通过偏轴磁控溅射法,以不同取向钛酸锶SrTiO3 (STO)单晶基片为衬底,镧锶钴氧La0.5Sr0.5CoO3 (LSCO)为底电极,铁酸铋BiFeO3 (BFO)为铁电介质,构架了Pt/BFO/LSCO/STO异质结电容器。XRD结果显示不同取向的BFO薄膜均为外延结构。研究了不同取向Pt/BFO/LSCO异质结的漏电机制和光伏性能。J-V数据拟合表明,Pt/BFO/LSCO漏电流大小依赖于BFO薄膜取向,满足(001)J 】(110)J 】(111)J规律。不同取向Pt/BFO/LSCO异质结的导电机制均为:低电场欧姆导电和高电场肖特基导电。通过铁电光伏系统对Pt/BFO/LSCO异质结的光伏性能进行了测量,结果表明开路电压VOC和短路电流JSC强烈依赖于BFO薄膜取向,(111)取向最大、(110)取向次之、(001)取向最小。

高分子辅助沉积法在镍基片上制备的钛酸钡薄膜的漏电机制

采用高分子辅助沉积法在多晶镍衬底上,以氧化镍作为缓冲层,生长了多晶钛酸钡(BaTiO3,BTO)薄膜。对其漏电特性测试及分析发现,在测试电压区间和极性不同时,分别具有不同的漏电机制,可分别用Frankel-Pool emission,space charge limited current(SCLC)与Schottky emission等机制来描述。由于界面缓冲层分解以及界面扩散等原因,BTO/Ni界面呈现Ohmic接触,而Au/BTO界面呈现Schottky势垒接触。通过测量不同温度下的漏电流大小,得到Au/BTO界面的有效势垒为0.32eV,从而得到Au/BTO/Ni能带结构图。利用一阶线性电路模型对其界面电阻与体电阻进行计算,得到的界面电阻与体电阻大小及变化趋势与实验及理论相符合。

Nb∶SrTiO_3单晶基片上外延生长BaTiO_3薄膜的漏电流机制分析

采用脉冲激光沉积法(PLD),在掺铌的钛酸锶单晶基片(Nb∶SrTiO3,NSTO)上外延生长了15nm厚度的BTO薄膜。并采用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等技术,分别测试了BTO薄膜的晶相结构和微观形貌与结构,证实了薄膜的外延生长特征。以磁控溅射法制备金属铂(Pt)上电极,在室温下测试了BTO薄膜的电流-电压(I-V)曲线。通过拟合I-V曲线,结果表明:在正向电压下,薄膜的漏电流符合空间电荷受限电流机制(SCLC);在反向电压下,漏电流先为普尔-弗伦克尔发射机制(Poole-Frenkel emission),随着反向电压的升高,转变为福勒-诺德海姆隧穿机制(Fowler-Nordheim tunneling)。分析指出,在Pt/BTO界面存在一个可变的肖特基势垒,该势垒受到BTO薄膜内部迁移的氧空位影响,从而决定了上述漏电流机制。

双层复合有机栅绝缘膜漏电机理的研究

本文研究了利用旋涂法在硅衬底上制备的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和三氟乙烯-偏氟乙烯的共聚物（P（VDF-TrFE））双层复合绝缘膜的漏电机理,采用这种膜的MIS器件的单位面积电容为32 nF/cm2.电流-电压测试结果显示在不同的电压范围内其漏电曲线出现转折点,反映了这种膜在不同的电场下有不同的漏电机制.对实验结果拟合分析表明,在0～1 V电压范围内,其漏电主要是Poole-Frenkel机制控制;在1～25 V电压范围内,主要是以肖特基发射电流为主;而在35～40 V的电压范围内,绝缘膜漏电流是空间电荷限制电流.

导电SrTiO_3上脉冲激光沉积非晶HfO_2薄膜的漏电机理分析

利用脉冲激光沉积技术在Sr Ti O_3表面导电层上方制备非晶Hf O_2栅介质薄膜,通过磁控溅射技术在非晶Hf O_2栅介质薄膜上方制备直径为100μm的圆形Pt电极,研究了变温条件下Pt/Hf O_2/Sr Ti O_3的漏电流I-V特性,分析了非晶Hf O_2栅介质层的漏电机制,如空间电荷限制电流机制、Fowler-Nordheim导电机制、Pool-Frenkel发射机制、肖特基发射机制。研究结果表明在低压段(<0.18 V)为欧姆导电;在高压段(>0.5 V)为Pool-Frenkel发射机制。

HfO2/SrTiO3全氧化物场效应晶体管栅极漏电性质研究

基于等离子轰击和射频磁控溅射技术,制备了HfO2/SrTiO3结构的全氧化物场效应晶体管(FET),并研究了其栅极漏电性质。该全氧化物晶体管的制备工艺均在室温条件下完成,包括Ar+轰击在SrTiO3单晶表面产生的导电沟道,溅射生长非晶HfO2薄膜作为栅极介质层。实验发现溅射工艺中的氧分压对HfO2栅极漏电性质的影响显著。当氧氩分压比从1∶10增加到1∶2时,HfO2栅极的漏电密度明显降低。对变温漏电数据的分析表明,HfO2栅极的漏电以空间电荷限制电流(SCLC)机制为主导。对于低氧分压制备的栅极,其SCLC漏电机制的特征温度(Tt)和缺陷密度(Nt)分别为796 K和5.3×10^18 cm^-3。而氧分压提高后,栅极SCLC漏电的Tt降低为683 K,同时Nt下降为1.2×10^18 cm^-3。Tt的变化表明缺陷在禁带中分布发生变化,引起漏电-电压关系(J-Um)中的指数项m减小,有效地降低了栅极漏电,显著提高了HfO2/SrTiO3场效应晶体管的性能,使其开关比达到104。

SrHfON高k栅介质薄膜的漏电特性研究

采用射频反应磁控溅射法在p-Si(100)衬底上成功制备出SrHfON高k栅介质薄膜,并研究了Au/SrHfON/Si MOS电容的漏电流机制及应力感应漏电流(SILC)效应。结果表明,MOS电容的漏电流密度随N2流量的增加而减小。在正栅压下,漏电流主要由Schottky发射机制引起;在负栅压下,漏电流机制在低、中、高栅电场区时分别为Schottky发射、F-P发射和F-N隧穿机制。同时,Au/SrHfON/SiMOS电容表现出明显的SILC效应,经恒压应力后薄膜在正栅压下的漏电流由Schottky发射和F-P发射机制共同作用,且后者占主导地位。

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。

0.25μm栅长GaAs pHEMT栅极高温及关态应力退化机理

GaAs赝配高电子迁移率晶体管(pHEMT)的关态栅极漏电流取决于温度与电应力环境。研究了高温与电应力对0.25μm GaAs pHEMT肖特基特性的影响。该pHEMT的反向偏置栅极漏电流主要受陷阱辅助发射机制和隧穿电流机制的影响。建立模型,对不同温度下栅极漏电流曲线进行拟合,结果表明,栅极漏电流在常温下由隧穿电流机制主导,在高温下由陷阱辅助发射机制主导。在高温关态应力下对栅极漏电流随应力时间变化的过程进行表征,从时间层面再次验证了两种机制在不同温度下发生转变的过程。