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随着铁电薄膜和微电子技术相结合而发展起来的集成铁电学的出现，铁电薄膜材料的制备、结构、性能及其应用已经成为国际上新型材料研究的一个热点。其中钙钛矿结构的锆钛酸铅Pb(Zrx,Ti1-x)O3铁电薄膜由于具有优越的铁电性、压电性、介电性、热释电性等重要特性而广泛应用于铁电存储器中。本论文针对退火工艺对Pb(Zr0.52Ti0.48)O3薄膜的微结构及铁电性能的影响进行了研究。
采用射频磁控溅射方法在4英寸的Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备了PZT铁电薄膜，通过传统退火和快速退火两种不同的退火方式对PZT薄膜进行晶化处理，比较了不同退火方式对PZT薄膜织构取向的影响。利用X射线衍射仪、原子力显微镜、透射电子显微镜和X射线光电子能谱测试系统，对快速退火工艺中不同退火温度、不同退火时间、不同退火气氛、不同退火次数的PZT薄膜进行了组织结构研究;利用铁电测试系统对PZT薄膜的铁电性能和疲劳特性进行了研究，得出了退火工艺对薄膜微观结构和铁电性的一些影响规律。
在Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备PZT薄膜的最佳溅射工艺:溅射气氛氩氧比为45/5，溅射气压为0.35Pa，溅射温度为400℃，溅射功率为180w，溅射时间为IlO0s，获得了取向度高、成膜质量好以及电性能优越的薄膜样品。
传统退火和快速退火下的PZT薄膜都具有钙钛矿结构，传统退火得到(111)高度择优生长的PZT薄膜;而快速退火方式得到(100)和(111)混合取向生长的PZT薄膜，薄膜晶粒尺度均匀，致密饱满。结果表明:当退火温度为650℃，保温时间为60s，退火气氛为Ar/O2=1:1，升温速率为50℃/s，退火次数为一次退火时，获得了纯钙钛矿结构且性能优越的PZT薄膜。采用Pt做底电极的PZT薄膜最大剩余极化值为35.75μC/cm2，漏电流为4.24xl0-7A/cm2。且Au/PZT/Pt薄膜在经过109极化反转之后，虽然薄膜发生疲劳现象，但2Pr值仍然有22.8μC/cm2，满足铁电存储器对薄膜材料性能的要求。