论文部分内容阅读
针对MFS(Metal-Ferroelectric-Semiconductor)结构铁电器件应用的需要,采用溶胶一凝胶工艺制备了p-Si基La.-Nb共掺杂Bi4_ La Ti3_yNby012+y/2(BLTN,z一0.25、0.500.75,y-0.030、0.045、0.060、0.075)系列铁电薄膜,研究了退火工艺和掺杂对Bi4Ti3012铁电薄膜微观结构、铁电和介电性能的影响规律与机理,为探索高性能、低成本Si基铁电薄膜制备工艺提供有效途径。 实验中成功制备出表面平整无裂纹、晶粒均匀、无其它杂相且随机生长的BLTN系列薄膜,并通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、铁电材料参数测试仪以及精密阻抗分析仪等手段,研究了退火工艺和掺杂量对BLTN薄膜生长取向、晶相结构、晶粒尺寸、表面形貌、剩余极化、矫顽场、介电常数、介电损耗和C-V特性的影响,获得了低温溶胶一凝胶制备高性能BLTN铁电薄膜的工艺方法,在保持良好介电性能的前提下提高了薄膜的铁电性能。研究结果表明退火温度和La、Nb掺杂量是影响BLTN铁电薄膜结构与性能的关键因素。经650℃退火处理的BLTN薄膜当掺La量x和掺Nb量y分别在区间O.50~O.75和0.045~0.075时,BLTN铁电薄膜的剩余极化Pr值在18.8~24.6)u C/cm2之间,矫顽场E值在96.8~126.9kV/cm之间,且电滞回线的饱和度较好。温度过高(高于650℃)不利于剩余极化的提高,而温度低于600℃则不利于钙钛矿相形成和晶粒的充分生长。经650℃退火处理的BLTN薄膜在掺La和掺Nb量分别为0.75和0.060时,剩余极化Pr值最大,达到24.u C/Cm2,而E值最小,约为96.8kV/cm,比Bi4Ti3012薄膜的铁电性能有显著提高。另外,掺杂量的变化对BLTN薄膜的介电性能也有一定影响。650℃退火处理的BLTN薄膜在掺La和掺Nb量分别为0.75和0.060时具有较好的介电性能,介电常数和介电损耗分别为386和0.69％。Ag/BLTN/p-Si结构铁电薄膜的C-V特性曲线均呈顺时针方向非对称的回滞,说明所制备的BLTN薄膜可以实现极化存储。C-V曲线记忆窗曰大小随退火温度升高呈现出先增大后减小的规律,反映了BLTN薄膜剩余极化的变化规律。其中Ag/BLTN-75-60/p-Si的C-V特性记忆窗口的最大值为1.4V。