SBT類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電陶瓷制備與Cu單晶襯底上薄膜沉積探索.pdf

1、鐵電薄膜及其在非揮發(fā)性鐵電存儲(chǔ)器(ferroelectric random access memory,簡(jiǎn)稱FRAM)領(lǐng)域的應(yīng)用是近年來國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本研究分別從鐵電材料體系和薄膜襯底的選擇兩個(gè)方面入手,嘗試解決FRAM面臨的鐵電疲勞問題。研究中,以抗鐵電疲勞性能突出的SrBi2Ta2O9(SBT)類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料作為主要研究對(duì)象,對(duì)類鈣鈦礦相的合成、大尺寸靶材制備、襯底加工和鐵電薄膜沉積進(jìn)行了全面的探索。
　　 采用固

2、相反應(yīng)法制備了Bi2O3過量程度不同的SBT陶瓷及靶材,探討了制備工藝及Bi2O3過量程度對(duì)SBT陶瓷結(jié)構(gòu)及性能的影響。以自制的大尺寸靶材,采用射頻磁控濺射法(radio frequency magnetron sputtering,簡(jiǎn)稱RMP)嘗試了在Cu單晶襯底上沉積SBT鐵電薄膜,通過N2氣氛退火的方式使其從無定形狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶態(tài),并對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了初步探討。
　　 研究結(jié)果表明,采用兩步合成法制備類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)SBT時(shí)

3、,BiTaO4前驅(qū)體和SBT粉體的最佳合成溫度分別為900℃和950℃。1000℃時(shí)燒結(jié)可以得到結(jié)晶度較高的類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)SBT鐵電陶瓷,而且隨著燒結(jié)溫度的升高,SBT陶瓷的致密度和c-軸取向度會(huì)逐漸提高,鐵電性隨之增強(qiáng),但介電性則有所降低。過量Bi2O3的加入不僅會(huì)起到燒結(jié)助劑和促進(jìn)SBT陶瓷中晶粒沿c-軸取向生長(zhǎng)的作用,還可以提高SBT陶瓷的介電性,影響SBT陶瓷的鐵電性。其中Bi2O3過量5m01％時(shí),SBT陶瓷的鐵電性最好。在10

4、00℃燒結(jié)2h制得Bi2O3含量不同的類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)SBT陶瓷靶材,外觀無明顯變形,其綜合性能可滿足射頻磁控濺射鍍膜的要求。在Ar/O2氣氛中沉積1.5～3h得到SBT薄膜后,在不同溫度的N2氣氛中退火,進(jìn)行掠入射X射線衍射(grazing incidence X-ray diffraction,簡(jiǎn)稱GIXRD分析。結(jié)果表明:SBT薄膜在650℃開始結(jié)晶,780℃結(jié)晶度較好,但Cu單品襯底出現(xiàn)了部分氧化現(xiàn)象。所制備的SBT簿膜漏電流較大,