非易失性存儲器在電子設(shè)備中扮演著重要的角色,而鐵電柵介質(zhì)晶體管由于其非破壞性讀出、高速、耐輻射等特性,受到了越來越多的關(guān)注。近年來,隨著可穿戴設(shè)備以及各類智能產(chǎn)品的發(fā)展,柔性電子成為了研究的熱點(diǎn),而透明電極則是其重要的組成部分。云母憑借其可彎曲特性和原子級的平整表面等優(yōu)點(diǎn),成為了很有前景的柔性透明襯底之一。氧化銦錫（ITO）是目前廣泛使用的透明電極,與柔性襯底相結(jié)合,可以催生出很多新型電子器件,柔性的鐵電晶體管器件也是研究的方向之一。本研究基于磁控濺射,首先在長有釕酸鍶（SRO）底電極的鈦酸鍶（STO）單晶襯底上制備了外延鋯鈦酸鉛（PZT）薄膜,并對其結(jié)構(gòu)和鐵電性等進(jìn)行了表征,得到鐵電性能較好的樣品。在此基礎(chǔ)上,利用微加工技術(shù)制備了PZT鐵電薄膜晶體管。通過對電學(xué)性能的分析,可以看到PZT有著很強(qiáng)的調(diào)控作用,以氧化鋅和氧化銦鎵鋅兩種材料作為溝道的晶體管都可以實(shí)現(xiàn)較大的開關(guān)比。而通過晶體管結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及加溫的方法,可以減弱界面陷阱電荷對于晶體管特性的影響。隨后,在云母上進(jìn)行了ITO薄膜的制備,探究不同工藝和退火條件對于ITO的影響,對樣品進(jìn)行表面形貌、晶格結(jié)構(gòu)、電學(xué)和光學(xué)特性以及機(jī)械性能... 

【文章來源】：華東師范大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鐵電體的電滯回線[2]

華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1.2(a)PZT的晶格結(jié)構(gòu)(b)不同極化狀態(tài)下的氧八面體結(jié)構(gòu)鋯鈦酸鉛是鈦酸鉛和鋯酸鉛的固溶體[5]，鈦酸鉛和鋯酸鉛是典型的鐵電與反鐵電體。由于鈦離子（0.64）和鋯離子（0.77）的半徑接近，它們可以以任意比例形成固溶體。鈦酸鉛的居里溫度為492°C，鋯酸鉛的居里溫度為232°C，兩者形成的PZT相比其他鐵電體有著更出色的介電和壓電性能。PZT的壓電、鐵電性能可以通過改變鈦和鋯的比例來調(diào)整。鋯鈦比例約為52/48時(shí)，PZT處于四方相和三方相的交界處，又稱為準(zhǔn)同型相界，此時(shí)的居里溫度約為380°C。隨著鈦的比例提高，PZT將從三方相轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较�，自發(fā)極化的取向也從（111）向（001）轉(zhuǎn)變。由于晶格結(jié)構(gòu)的變化，PZT在該區(qū)域附近有著最大的結(jié)構(gòu)活性[6]，材料能達(dá)到最大的壓電性。當(dāng)Zr/Ti比例為40/60和30/70時(shí)，PZT有著高的極化和清晰的開關(guān)特性。PZT薄膜的制備溫度較低，與硅工藝兼容，是目前商用最多的鐵電材料之一。常用的制備方法包括磁控濺射、脈沖激光沉積、溶膠凝膠法等。在低溫下制備的PZT薄膜需要退火步驟，使其從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殁}鈦礦結(jié)構(gòu)后才具備鐵電性。PZT

華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文6和Flash閃存相比，鐵電存儲器有著更好的非易失特性，在沒有電場的情況下可以保持其存儲的狀態(tài)。同時(shí)有著更高的讀寫速度，較低的耗散功率以及較高的抗輻射能力[14]。鐵電存儲器通常分為兩類：由鐵電薄膜電容器與晶體管構(gòu)成的存儲器和鐵電絕緣柵晶體管。基于鐵電薄膜電容器的存儲器即1T1C型FeRAM[15]，也簡稱為FeRAM，如圖1.3所示。在這類器件中，晶體管在電路中起到了尋址的作用。在柵極上施加高電平使其導(dǎo)通后，可對鐵電電容器進(jìn)行操作。在鐵電電容器上施加超過矯頑電壓的正負(fù)脈沖后，可以存儲開關(guān)狀態(tài)，根據(jù)不同的極化方向可定義為“0”和“1”。通過一個(gè)識別極性的脈沖，可以讀出存儲狀態(tài)。當(dāng)脈沖的極性與鐵電電容極化相反時(shí)，發(fā)生極化翻轉(zhuǎn)，會在外部電路中產(chǎn)生一個(gè)大電流。如果脈沖極性與鐵電電容極化相同，那么輸出電流就很校測得電流的強(qiáng)度就表明了存儲的狀態(tài)。若鐵電薄膜的極化強(qiáng)度較弱，可以通過結(jié)合一對FET和鐵電電容（2T2C結(jié)構(gòu)）來更好地判斷[16]。不過，1T1C的FeRAM在施加讀脈沖后會破壞原先存儲的狀態(tài)，因此在讀出后需要再加一個(gè)脈沖進(jìn)行存儲的寫回。隨著大量的讀寫,會發(fā)生疲勞失效等可靠性問題。并且，極化翻轉(zhuǎn)的電流和鐵電電容面積成正比。當(dāng)器件尺寸縮小后，也需要更大的剩余極化。鋯鈦酸鉛薄膜有著大的剩余極化和低矯頑電壓。SrRuO3（SRO）電極的使用大大改善了疲勞特性，循環(huán)次數(shù)可達(dá)1012次。目前，1T1C型FeRAM已經(jīng)商業(yè)化，在IC卡、火車票、智能電表、通信和射頻識別等設(shè)備中得到應(yīng)用。圖1.3FeRAM結(jié)構(gòu)圖第二類是鐵電柵場效應(yīng)晶體管，也被稱為1T型或者FeFET。其結(jié)構(gòu)就是將

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]錫摻雜對ITO膜方阻和結(jié)構(gòu)的影響[J]. 馬穎,呂慶莉,張方輝,袁桃利,張麥麗.  液晶與顯示. 2006(05)
[2]沖擊加載下PZT95/5鐵電陶瓷的脈沖大電流輸出特性[J]. 杜金梅,張毅,張福平,賀紅亮,王海晏.  物理學(xué)報(bào). 2006(05)
[3]ITO透明導(dǎo)電薄膜的制備及光電特性研究[J]. 陶海華,姚寧,辛榮生,邊超,張兵臨.  鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版). 2003(04)
[4]鈣鈦礦結(jié)構(gòu)[J]. 高西漢.  壓電與聲光. 1994(04)

碩士論文
[1]PSZT壓電薄膜的制備，表征與應(yīng)用[D]. 陳會林.大連理工大學(xué) 2009



本文編號：3418753