BCT鐵電薄膜和納米纖維晶體管的制備及性能研究.pdf

1、基于鐵電場效應晶體管(FeFET)的非揮發(fā)存儲器具有低功耗、高存取速度、高密度存儲、抗輻射等出眾的優(yōu)點,被認為是最具應用前景的下一代存儲器之一。本論文選取FeFET作為研究對象,主要開展了以下三個方面的工作:溶膠-凝膠法制備Bi4-xCexTi3O12(BCxT)鐵電薄膜及性能表征;靜電紡絲法制備Bi3.4Ce0.6Ti3O12(BCT)納米纖維和性能表征;Pt/BCT/CeO2/Si結構BCT薄膜FeFET和全鈣鈦礦BCT納米纖維/鐵

2、電薄膜背柵結構FeFET的制備與電學性能表征。具體工作和結果概括如下:
　　1.利用溶膠-凝膠法制備出了鈰摻雜鈦酸鉍BCxT鐵電薄膜,系統研究不同Ce元素摻雜比例(x=0.0,0.4,0.6和1.0)對鐵電薄膜相轉變、剩余極化、漏電流密度和疲勞性能的影響。分析結果表明Ce元素摻雜確實可以改善鈦酸鉍薄膜的鐵電性能,x值為0.6的薄膜具有最大的剩余極化值(2Pr=65μC/cm2@333 kV/cm),最低的漏電流密度(2.8×10-

3、8A/cm2@10V),最優(yōu)異的抗疲勞性能。
　　2.以溶膠-凝膠法制備前驅體溶液為基礎,利用靜電紡絲法制備了BCT納米纖維。使用了SEM、XRD、TEM、PFM和拉曼光譜儀,分別對BCT納米纖維的形貌、元素組分、晶體結構、壓電性能和拉曼光譜進行了測試。750℃退火1小時得到直徑100-200nm、結晶性良好的納米纖維;經過同步熱分析儀的測試,確定了BCT納米纖維的居里溫度約為540℃。通過PFM測試,獲得形狀較好的、電致位移1.

4、1nm的D-V蝴蝶曲線,BCT納米纖維的最大壓電系數(33d)達到了158pm/V。通過拉曼光譜的分析,確定了鈰元素摻雜鈦酸鉍的位置,也解釋了BCT納米纖維壓電系數較大的原因。
　　3.基于CeO2與Si襯底、鈦酸鉍有很好的晶格匹配性,并且BCT鐵電薄膜層、CeO2絕緣層都含有鈰元素,使得兩者之間有很好的界面性能。制備了Pt/BCT/CeO2/Si結構的FeFET:CeO2薄膜作為絕緣阻擋層;BCT薄膜作為鐵電層,并且表征了晶體管