鐵電薄膜、半導體薄膜應(yīng)力的X射線衍射表征與研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，薄膜微電子元器件得到了前所未有的廣泛使用。人們需要將具有各種不同性能的薄膜材料(例如：鐵電、半導體等性能)利用現(xiàn)代復(fù)合技術(shù)復(fù)合到一起，構(gòu)成具有各種優(yōu)異性能的復(fù)合材料體系。因此薄膜材料性能與制備的研究是目前國際上廣為關(guān)注的重要課題之一。
　　在影響薄膜材料的諸多因素中，內(nèi)應(yīng)力絕對是不可忽視的一個重要因素。內(nèi)應(yīng)力的存在會直接影響薄膜材料的成品率、穩(wěn)定性和可靠性。此外，眾所周知，薄膜中的殘余應(yīng)力可能會造成薄膜的開

2、裂、表面形成小丘凸起或翹曲，導致鐵電薄膜失效；而半導體薄膜材料的能量帶隙也會受到內(nèi)應(yīng)力的影響。
　　本文首先從薄膜中內(nèi)應(yīng)力對元器件的影響、內(nèi)應(yīng)力的成因模型及影響內(nèi)應(yīng)力的因素等幾個方面對薄膜應(yīng)力研究進行了概述。并基于此，提出了本文的研究目的，即通過對薄膜應(yīng)力的研究，改善薄膜性能，進而提高元器件的可靠性和穩(wěn)定性。隨后對目前常用的薄膜應(yīng)力測試方法進行了回顧，由于X射線衍射的無損檢測特性以及較高的精度，本文選擇X射線衍射作為薄膜應(yīng)力表征的

3、主要手段。
　　本文的重點是利用Ψ掃描、高分辨倒易空間、掠入射、極圖等不同的X射線應(yīng)力測試方法分別對帶STO緩沖層的YBCO薄膜、BST鐵電薄膜、ZnO半導體薄膜中的應(yīng)力進行了表征，本文不僅利用X射線應(yīng)力測量的傳統(tǒng)方法測量了BST鐵電薄膜中的殘余應(yīng)力，而且將倒易空間圖、掠入射的方法成功的應(yīng)用于高度織構(gòu)的YBCO薄膜以及ZnO半導體薄膜的應(yīng)力測量，并對薄膜中的應(yīng)力與薄膜的微結(jié)構(gòu)以及性能之間的關(guān)系做了一定的討論，由對YBCO薄膜的研究

4、可知，在STO緩沖層上制備的YBCO薄膜的織構(gòu)情況及外延生長相較直接在LAO基片上制備的YBCO薄膜來說更好；由對BST鐵電薄膜殘余應(yīng)力的研究可知，薄膜中的應(yīng)力為三維應(yīng)力，并且在整個退火過程中面內(nèi)應(yīng)力都是各向異性的；ZnO半導體薄膜的應(yīng)力研究展示了薄膜內(nèi)壓應(yīng)力與拉應(yīng)力的變化規(guī)律；對各樣品c/a值的計算揭示了制備的薄膜與理想的六方密積堆結(jié)構(gòu)接近，對比常規(guī)XRD(002)衍射峰與掠入射(100)衍射峰的搖擺曲線半高寬，得出ZnO薄膜鑲嵌塊的