本文關(guān)鍵詞：PZT薄膜漏電性能研究

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【摘要】：鋯鈦酸鉛(Pb(Zr_xTi_(1-x))O_3,簡(jiǎn)寫(xiě)為PZT)薄膜是一種極具發(fā)展前景的電子功能薄膜,它具有剩余極化大、介電常數(shù)大、使用溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn),被廣泛的應(yīng)用于非揮發(fā)鐵電存儲(chǔ)器、傳感器、微致動(dòng)器、紅外探測(cè)器、電光調(diào)制器等方面。制備高度致密、表面平整光滑、低漏電特性的PZT薄膜材料,是研制PZT基薄膜器件的重要基礎(chǔ)。由于薄膜材料的漏電流特性直接反映出電子功能薄膜材料的電學(xué)性能,因此研究PZT薄膜材料漏電特性,是解決PZT薄膜性能提升以及薄膜器件研制的重要技術(shù)手段。本論文針對(duì)PZT薄膜的漏電行為,開(kāi)展如下研究工作:1.研究射頻磁控濺射法制備工藝對(duì)生長(zhǎng)在Pt/Ti/SiO_2/Si基片上的PZT薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、形貌和性能的影響,并結(jié)合PZT缺陷化學(xué)行為對(duì)其進(jìn)行理論分析。結(jié)果表明,濺射氣氛、退火氣氛、退火溫度和時(shí)間對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)形貌成分會(huì)產(chǎn)生較大的影響,從而影響到漏電流與其它電學(xué)性能。在濺射氣氛Ar/O_2=45:0.65、退火氣氛Ar/O_2=1:1、650℃下退火60s的PZT薄膜結(jié)構(gòu)致密,表面平整,具有最小的漏電流密度和最佳的介電、鐵電性能。2.對(duì)最佳工藝下制備的PZT薄膜電流密度-電壓(J-V)特性、電流密度-時(shí)間(J-t)特性進(jìn)行測(cè)試,分析PZT薄膜導(dǎo)電機(jī)制。研究結(jié)果表明在電壓低于VT(~1.8V)時(shí)薄膜為歐姆導(dǎo)電機(jī)制;當(dāng)電壓高于轉(zhuǎn)變電壓VT低于陷阱填充限制電壓VTFL,即VTVVTFL為陷阱成指數(shù)分布的空間電荷限制電流;電壓繼續(xù)升高會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)陷阱的空間電荷電流形式。同時(shí)發(fā)現(xiàn)漏電機(jī)制的轉(zhuǎn)變會(huì)導(dǎo)致薄膜J-t特性的變化。3.分析測(cè)試了PZT薄膜的漏電流溫度特性,進(jìn)一步說(shuō)明了PZT薄膜的導(dǎo)電機(jī)制,并給出了PZT薄膜費(fèi)米能級(jí)的位置。研究結(jié)果表明在電壓低于VT(~1.8V)時(shí),薄膜的漏電流隨溫度的升高而增加,這是由于溫度升高導(dǎo)致載流子濃度增加的結(jié)果,與歐姆導(dǎo)電機(jī)制相符,同時(shí)結(jié)合不同溫度下的漏電流大小,并通過(guò)載流子濃度與溫度的關(guān)系式,計(jì)算出PZT薄膜費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶下0.6624eV處;當(dāng)電壓高于轉(zhuǎn)變電壓VT后,薄膜的漏電流隨溫度的升高而減小,這與空間電荷限制電流的理論公式相符。
【關(guān)鍵詞】：PZT薄膜 缺陷化學(xué) 結(jié)構(gòu)形貌 漏電流 空間電荷限制電流(SCLC)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-23
• 1.1 引言10-11
• 1.2 PZT薄膜材料特性及應(yīng)用11-15
• 1.2.1 PZT材料的結(jié)構(gòu)及特性11-12
• 1.2.2 PZT薄膜的應(yīng)用12-15
• 1.3 鐵電薄膜制備方法15-19
• 1.3.1 真空蒸鍍15-16
• 1.3.2 磁控濺射16-17
• 1.3.3 脈沖激光沉積17-18
• 1.3.4 金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積18
• 1.3.5 溶膠凝膠法18-19
• 1.4 PZT薄膜漏電性能國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-21
• 1.5 本文的研究目的與意義21-23
• 1.5.1 PZT薄膜漏電性能研究意義21-22
• 1.5.2 本文研究目的和主要工作22-23
• 第二章 薄膜制備及測(cè)試表征方法23-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備23-25
• 2.1.1 薄膜磁控濺射系統(tǒng)23-24
• 2.1.2 快速退火系統(tǒng)24-25
• 2.2 薄膜樣品制備流程25-26
• 2.3 薄膜測(cè)試及表征方法26-30
• 2.3.1 微觀結(jié)構(gòu)與形貌表征方法26-27
• 2.3.2 電學(xué)性能測(cè)試系統(tǒng)及方法27-30
• 第三章 PZT薄膜制備及結(jié)構(gòu)性能研究30-47
• 3.1 濺射氣氛對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能的影響30-35
• 3.2 退火氣氛對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能的影響35-38
• 3.3 退火溫度對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能的影響38-42
• 3.4 退火時(shí)間對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能的影響42-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第四章 PZT薄膜漏電機(jī)制分析47-62
• 4.1 介質(zhì)薄膜漏電理論47-51
• 4.1.1 肖特基發(fā)射機(jī)制47-48
• 4.1.2 F-N隧道發(fā)射機(jī)制48-49
• 4.1.3 普爾-弗蘭克爾(Pool-Frenkel，P-F)機(jī)制49
• 4.1.4 空間電荷限制電流(SCLC)49-51
• 4.1.5 歐姆導(dǎo)電51
• 4.2 PZT薄膜漏電機(jī)理分析51-61
• 4.2.1 PZT薄膜J-V曲線分析52-55
• 4.2.2 PZT薄膜J-t曲線分析55-56
• 4.2.3 J-t特性與J-V特性間的關(guān)系56-57
• 4.2.4 PZT薄膜漏電流溫度特性研究57-61
• 4.3 本章小結(jié)61-62
• 第五章 結(jié)論62-64
• 致謝64-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果69-70

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本文編號(hào)：997154