基于MFS結(jié)構(gòu)鐵電器件應用的Si基鑭、鈮共摻雜鈦酸鉍鐵電薄膜的制備與性能研究.pdf

1、針對MFS(Metal-Ferroelectric-Semiconductor)結(jié)構(gòu)鐵電器件應用的需要,采用溶膠一凝膠工藝制備了p-Si基La.-Nb共摻雜Bi4_ La Ti3_yNby012+y/2(BLTN,z一0.25、0.500.75,y-0.030、0.045、0.060、0.075)系列鐵電薄膜,研究了退火工藝和摻雜對Bi4Ti3012鐵電薄膜微觀結(jié)構(gòu)、鐵電和介電性能的影響規(guī)律與機理,為探索高性能、低成本Si基鐵電薄膜制備

2、工藝提供有效途徑。
　　實驗中成功制備出表面平整無裂紋、晶粒均勻、無其它雜相且隨機生長的BLTN系列薄膜,并通過X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、鐵電材料參數(shù)測試儀以及精密阻抗分析儀等手段,研究了退火工藝和摻雜量對BLTN薄膜生長取向、晶相結(jié)構(gòu)、晶粒尺寸、表面形貌、剩余極化、矯頑場、介電常數(shù)、介電損耗和C-V特性的影響,獲得了低溫溶膠一凝膠制備高性能BLTN鐵電薄膜的工藝方法,在保持良好介電性能的前提下提高了薄膜的鐵電性

3、能。研究結(jié)果表明退火溫度和La、Nb摻雜量是影響B(tài)LTN鐵電薄膜結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)鍵因素。經(jīng)650℃退火處理的BLTN薄膜當摻La量x和摻Nb量y分別在區(qū)間O.50~O.75和0.045~0.075時,BLTN鐵電薄膜的剩余極化Pr值在18.8~24.6)u C/cm2之間,矯頑場E值在96.8~126.9kV/cm之間,且電滯回線的飽和度較好。溫度過高(高于650℃)不利于剩余極化的提高,而溫度低于600℃則不利于鈣鈦礦相形成和晶粒的充分

4、生長。經(jīng)650℃退火處理的BLTN薄膜在摻La和摻Nb量分別為0.75和0.060時,剩余極化Pr值最大,達到24.u C/Cm2,而E值最小,約為96.8kV/cm,比Bi4Ti3012薄膜的鐵電性能有顯著提高。另外,摻雜量的變化對BLTN薄膜的介電性能也有一定影響。650℃退火處理的BLTN薄膜在摻La和摻Nb量分別為0.75和0.060時具有較好的介電性能,介電常數(shù)和介電損耗分別為386和0.69％。Ag/BLTN/p-Si結(jié)構(gòu)鐵