BaxSr1-xTiO3鐵電薄膜的制備及漏電流機(jī)理分析.pdf

1、鈦酸鍶鋇(BaxSr1-xTiO3,簡記為BST)薄膜具有介電常數(shù)大、介電損耗低、非線性強(qiáng)、漏電流小、居里溫度可調(diào)、熱釋電性高等特點(diǎn),因此在超高密度集成的隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)、介質(zhì)移相器、壓控濾波器和非制冷紅外探測等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。在器件中,BST薄膜工作在外加直流電壓下,過大的漏電流將嚴(yán)重影響薄膜器件的工作穩(wěn)定性和使用壽命。本文圍繞如何通過鎂摻雜和制作鈦酸鍶鋇與偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物(P(VDF-TrFE))的復(fù)合膜來減小

2、漏電流,以及低電場下漏電流機(jī)制的問題,通過實(shí)驗(yàn)制備和理論計(jì)算的方法來研究BST薄膜的漏電流相關(guān)特性。
　　首先,采用溶膠凝膠法(Sol-Gel)在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)基片上制備了Mg摻雜的鈦酸鍶鋇薄膜Ba0.4Sr0.6MgyTiO3(BSMT),研究了不同摻雜Mg含量和不同退火溫度對(duì)BSMT薄膜漏電流特性的影響。用X射線衍射、掃描電子顯微鏡確定薄膜樣品的成分和微觀結(jié)構(gòu),并對(duì)BSMT薄膜的電流-電壓特性(

3、I-V)進(jìn)行了測量。研究表明,隨著Mg的加入,BSMT薄膜漏電流隨之減小。當(dāng)薄膜在700℃退火時(shí)有最小的漏電流,這可以用在XRD觀察的薄膜在700℃下退火時(shí)結(jié)晶度最差來解釋。
　　接著,分析了BSMT在低電場區(qū)(小于115kV/cm)的漏電流機(jī)制。用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比了兩個(gè)模型------肖特基模型(Schottky current model)和肖特基限制電流模型(Schottky-limited current model),其中前

4、者只適用于當(dāng)絕緣體中的電子平均自由程大于或等于絕緣體厚度的情況,而后者則適用于相反的情況,實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)兩種模型都符合得較好。文中提出了區(qū)分兩種模型的方法,通過進(jìn)一步比較從兩種模型下所提取的光頻介電常數(shù)εr,結(jié)論表明肖特基限制電流模型更加符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在較高電場下,薄膜的漏電流機(jī)理為空間電荷限制電流(SCLC)。
　　最后,在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)基片上制備了Ba0.4Sr0.6TiO3/P(VDF-TrFE)

5、雙層復(fù)合膜,其中Ba0.4Sr0.6TiO3薄膜層采用磁控濺射法,P(VDF-TrFE)薄膜層采用溶膠凝膠法(Sol-Gel)制作?？疾炝瞬煌穸萈(VDF-TrFE)薄膜層對(duì)復(fù)合膜漏電流和電容值的影響。對(duì)復(fù)合薄膜的電流-電壓特性(I-V)、電容-電壓特性(C-V)一一進(jìn)行了測量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨著P(VDF-TrFE)有機(jī)薄膜層的增加,復(fù)合薄膜的介電常數(shù)和漏電流有所降低。5V電壓下,當(dāng)所加P(VDF-TrFE)有機(jī)層厚度為150nm時(shí),