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由于具有优良的铁电和介电性质,Ba1-xSrxTiO3(BST)薄膜在微波移相器,动态随机存贮器,热释电红外探测器等方面有着很好的应用前景。
本文使用固相反应烧结法制备Ba1-xSrxTiO3(x=0.5,0.4)靶材,运用微观、宏观分析手段研究了烧结温度对靶材结晶性、显微结构、介电常数以及损耗的影响,发现烧结温度过高或过低都不利于BST陶瓷好的介电性能。当x=0.5和0.4时,最佳的烧结温度都是1350℃。
分析了BST薄膜各种常用底电极和衬底材料的优劣。为了实现BST薄膜在微电子器件领域的可能应用,本论文选用易于与以Si为主体的半导体工艺相兼容的SiO2/Si作为衬底,使用与BST铁电薄膜有着更好的结构与化学兼容性的LSCO作为底电极,利用PLD方法沉积BST/LSCO/SiO2/Si异质结薄膜。
研究了LSCO薄膜直接在SiO2/Si衬底上生长时,奇特的结构变化。发现薄膜的取向强烈依赖于衬底温度和沉积室的氧分压,在780℃,2Pa氧压的沉积条件下,呈现出良好的c轴取向。在650℃一个大气压的氧压下退火40分钟后,薄膜呈现良好的导电性~2×10-3Ω·cm。利用扫描电镜和原子力显微镜研究了薄膜的表面形貌,发现PLD制得的薄膜表面平整、致密、无大的表面颗粒,适合作为铁电功能薄膜的底电极。
LSCO作为底电极,本文用PLD法在上面沉积了C轴取向的Ba0.5Sr0.5TiO3(BST)薄膜,在10KHz测试频率下测得BST薄膜的介电常数为110,损耗为0.06,具有高于50﹪的介电调谐性。