透明ZnO薄膜與鐵電薄膜的集成研究.pdf

1、基于鐵電場效應(yīng)晶體管的鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器具有在斷電時(shí)不會(huì)丟失信息、低功耗、非破壞讀取、和快速開關(guān)等諸多優(yōu)點(diǎn)。近年來，透明薄膜晶體管的發(fā)展是透明電子學(xué)的一個(gè)重要的研究方向，可以應(yīng)用在顯示器、智能窗、太陽能電池和軍事等領(lǐng)域。將具有存儲(chǔ)功能和非破壞讀取特性的鐵電材料和透明導(dǎo)電薄膜結(jié)合起來開發(fā)新型的透明鐵電場效應(yīng)管是近年來研究的熱點(diǎn)。
　　 本文首先制備了高質(zhì)量的氧化鋅(ZnO)以及摻鋁氧化鋅(AZO)薄膜，對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和光學(xué)及電學(xué)性能進(jìn)行

2、了系統(tǒng)的研究；然后研究了工藝參數(shù)對(duì)Pt/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT)/Pt和Pt/BiFe0.95Mn0.05O3(BFMO)/Pt兩種鐵電電容器微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響；最后，在高質(zhì)量的AZO 薄膜上生長了PZT、BFMO 鐵電薄膜，研究了復(fù)合薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)。主要研究工作如下：
　　 采用磁控濺射方法在藍(lán)寶石(0001)襯底上制備了外延生長的ZnO薄膜。研究了濺射功率、氧含量和襯底溫度等工藝參數(shù)對(duì)于制備

3、的ZnO薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的影響，優(yōu)化了工藝參數(shù)，制備了高質(zhì)量的ZnO薄膜。ZnO薄膜經(jīng)過原子力顯微鏡、X射線衍射儀和可見紫外分光光度計(jì)表征，發(fā)現(xiàn)ZnO薄膜表面平滑，晶粒尺寸分布均勻，薄膜結(jié)晶質(zhì)量高，在可見光范圍內(nèi)的平均透射率達(dá)到90％以上。
　　 在制備出高質(zhì)量的ZnO薄膜的基礎(chǔ)上，使用磁控濺射技術(shù)和脈沖激光燒蝕技術(shù)分別在藍(lán)寶石(0001)和單晶Si(001)襯底上制備了AZO薄膜，重點(diǎn)研究了生長溫度對(duì)AZO薄膜微觀結(jié)構(gòu)

4、和光學(xué)、電學(xué)性能的影響，得到了性能良好的AZO薄膜。
　　 使用溶膠-凝膠方法在Pt(111)/TiO2/Si和LaNiO3/Pt(111)/TiO2/Si襯底上制備了PZT薄膜。重點(diǎn)研究了在退火過程中，氧含量、退火溫度以及退火時(shí)間對(duì)制備的鐵電電容器微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)的影響。結(jié)果表明：在純O2氣氛下，經(jīng)600o C退火120s的PZT薄膜具有較好的結(jié)晶質(zhì)量，Pt/PZT/Pt鐵電電容器具有優(yōu)越的鐵電特性；漏電流結(jié)果表明當(dāng)電壓小于

5、1V時(shí)為歐姆導(dǎo)電機(jī)制，大于1V時(shí)為界面限制的肖特基發(fā)射；550o C退火的硅基Pt/PZT/LaNiO3/Pt鐵電電容器具有較大的剩余極化強(qiáng)度（約為44μC/cm2）。
　　 采用溶膠-凝膠方法在Pt(111)/TiO2/Si基片上制備了BFMO薄膜。在空氣氣氛下，退火溫度為650oC時(shí)制備了結(jié)晶質(zhì)量良好的BFMO薄膜，Pt/BFMO/Pt鐵電電容器的鐵電性能良好。在純氮?dú)鈿夥障?，退火溫度?00o C時(shí)制備了高質(zhì)量的BFMO薄

6、膜的，同時(shí)電滯回線具有良好的對(duì)稱性和飽和趨勢，10V電壓作用下的剩余極化強(qiáng)度為50μC·cm-2，矯頑電壓為5V；4V電壓下的漏電流密度為3×10-3A/cm2，0-4V電壓范圍內(nèi)的導(dǎo)電機(jī)制為歐姆導(dǎo)電。
　　 使用溶膠-凝膠方法在AZO（0002）/Si（001）襯底上分別制備了PZT和BFMO薄膜。結(jié)果表明，在0.5％的氧含量氣氛中，經(jīng)過550℃退火制備了Pt/PZT/AZO 鐵電電容器，其剩余極化強(qiáng)度為1.3μC ·cm-2