【摘要】： 本文包括鈦酸鍶鋇、鈦酸鍶鈮及鐵電存儲(chǔ)器的研究。分別評(píng)述了鈦酸鍶鋇介電材料、鈦酸鍶鈮陶瓷材料及鐵電存儲(chǔ)器的研究現(xiàn)狀;并成功地設(shè)計(jì)了鈦酸鍶鋇薄膜介電材料、鈦酸鍶鈮陶瓷變阻器的制備工藝,以及多層鐵電薄膜存儲(chǔ)器;通過(guò)對(duì)材料的晶相結(jié)構(gòu)測(cè)試分析以及電特性的研究,探討了鈦酸鍶鋇薄膜介電材料的高頻及DRAM介質(zhì)應(yīng)用、鈦酸鍶鈮陶瓷材料作為多功能器件的應(yīng)用及鐵電存儲(chǔ)器的物理問(wèn)題。主要內(nèi)容如下: 1)通過(guò)選擇合適配比鈦源溶劑及金屬離子溶劑,建立了簡(jiǎn)單有機(jī)溶劑體系的“水基”溶膠凝膠法,提高了多成份溶膠對(duì)水的兼容性,適合于BST薄膜制備過(guò)程中進(jìn)行多種離子摻雜,制備了摻雜Mn的BST鐵電薄膜,薄膜結(jié)晶良好,表面致密。研究發(fā)現(xiàn)Mn摻雜對(duì)BST薄膜的漏電流和介電特性有較大的改善,漏電流密度達(dá)到0.1nA/cm~2,介電常數(shù)達(dá)到800以上,而介電損耗僅為0.01~0.03,對(duì)于300nm的薄膜材料,這是已有文獻(xiàn)中最好的數(shù)據(jù)。 2)采用多種氧化物摻雜,制備了鈦酸鍶鈮基變阻器陶瓷,其介電性能測(cè)試與公開(kāi)文獻(xiàn)相比,性能均優(yōu)異,特別是V1mA最低(2V/mm),α很大(8~13),εeff大一個(gè)數(shù)量級(jí)以上(105),tgδ小一個(gè)數(shù)量級(jí)(1%),綜合指標(biāo)處于國(guó)際領(lǐng)先。 4)新型鐵電存儲(chǔ)器研究。本文分析了Au/BIT/p-Si(100),Au/PZT/BIT/p-Si(100)和Au/BIT/PZT/BIT/p-Si(100)三種結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的存儲(chǔ)器物理,系統(tǒng)地研究了多層鐵電薄膜存儲(chǔ)器電性能的本質(zhì)問(wèn)題,得出了以下的物理效應(yīng)和規(guī)律: (1)漏電流效應(yīng)。三種鐵電薄膜結(jié)構(gòu)的漏電流都很小,達(dá)到了10~(-10)A/cm~2,滿足鐵電存儲(chǔ)器的要求。 (2)內(nèi)建電場(chǎng)。計(jì)算了內(nèi)建電壓,對(duì)靠近界面的能帶彎曲產(chǎn)生影響,可導(dǎo)致能帶的不對(duì)稱性,并引起不對(duì)稱的整流效應(yīng)、刻印失敗和退極化; (3)電容效應(yīng)。為了使C-t曲線的斜率不下降,退極化場(chǎng)Edep必須小于矯頑場(chǎng),即?Vb必須低于V_c。 以上三點(diǎn)證明了三層結(jié)構(gòu)Au/BIT/PZT/BIT/p-Si(100)的不對(duì)稱性、失效與退極化,電容降斜率都是最小的,而剩余電荷最多,并有最大的存儲(chǔ)窗口,是新型存儲(chǔ)器的最佳而且唯一的選擇。 (4)頻率效應(yīng)。在高頻時(shí),隨著頻率的增加,在鐵電層表面鄰近的耗盡層寬度增大,使得界面電位降和內(nèi)建電壓差增大,形成了多層結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的工作頻率的上限,根據(jù)擬合公式外推的上限工作頻率為46MHz。 (5)VT與VC關(guān)系式。根據(jù)MFS多層電容器的特性,設(shè)計(jì)并制造了一個(gè)新型MFS結(jié)構(gòu)的多層鐵電存儲(chǔ)器Au/BIT/PZT/BIT/p-Si(100),該存儲(chǔ)器具有I-V回線特征,并得到了晶粒邊界勢(shì)壘高度與矯頑場(chǎng)的關(guān)系,進(jìn)而得到了轉(zhuǎn)變電壓與矯頑場(chǎng)的關(guān)系。這個(gè)關(guān)系誘導(dǎo)著I-V回線與P-V回線對(duì)應(yīng)的關(guān)系,并用來(lái)區(qū)別以I-V回線操作的新的鐵電存儲(chǔ)器的邏輯“1”和“0”狀態(tài)。這些關(guān)系是非揮發(fā)存儲(chǔ)器進(jìn)行非破壞讀出的條件。轉(zhuǎn)變電壓V_T和矯頑電壓V_c之間存在線性關(guān)系;只要P-V回線的V_c確定,對(duì)應(yīng)的V_T一定存在。V_T是E_c,和P_s的函數(shù),這是鐵電存儲(chǔ)器的理論基礎(chǔ)。這些關(guān)系是I-V回線與P-V回線的匹配條件,可以實(shí)現(xiàn)“1”和“0”的讀出。 (6)演示出存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)波形。 以上這些效應(yīng)是互相關(guān)聯(lián)的,并由此可能解釋更多的鐵電材料與鐵電器件的特殊現(xiàn)象。
【圖文】：

1 緒論1.1 鈦酸鍶鋇的基本結(jié)構(gòu)鈦酸鍶鋇(BaxSr1-xTiO3，BST，BSTO)是鈦酸鋇(BaTiO3)與鈦酸鍶(SrTiO3)的固溶體[1]，是通過(guò)鈦酸鋇和鈦酸鍶的完好混合、相溶，不產(chǎn)生任何相凝聚和偏析而得到的[2]。通過(guò)調(diào)節(jié)材料中的 Ba/Sr 成分比，可改變材料的居里溫度，以滿足特定應(yīng)用溫度需要[3-6]。BaxSr1-xTiO3是典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(ABO3)[7]，見(jiàn)圖 1.1。較大的 Ba、Sr 離子占據(jù)頂角 A 位置，較小的 Ti 離子占據(jù)體心處的 B 位，六個(gè)面心則由 O 離子所占據(jù)．這些氧離子形成氧八面體，Ti 離子處于其中心．整個(gè)晶體可被看成是由氧八面體共頂點(diǎn)聯(lián)接而成，各氧八面體之間的空隙則由 A 位離子 Ba/Sr 占據(jù)，所以 A 位的 Ba/Sr 和 B 位的Ti 離子的配位數(shù)分別為 12 和 6。鈦酸鍶鋇 BST 的介質(zhì)極化性質(zhì)主要來(lái)源于 B 位 Ti離子偏離氧八面體中心的運(yùn)動(dòng)．

空氣中傳播的噪聲，脈沖信號(hào)的干擾以及陶瓷電阻器。但是，ZnO 基陶瓷電阻器噪聲吸收不良的缺點(diǎn)，不能達(dá)到 IC、LK 等公司于 80 年代開(kāi)發(fā)了 SrTiO3(鈦酸鍶能力不如ZnO變阻器高，，但是它具有靜的雜波有抑制作用，對(duì)高頻噪聲及快脈過(guò)渡特性和上沖等優(yōu)點(diǎn)，且器件自恢復(fù)公開(kāi)的專利上，將變阻器用到手機(jī)上，但缺點(diǎn)[131]，這要求變阻器有更低的轉(zhuǎn)變電性能和非線性伏安特性，降低轉(zhuǎn)變電壓一問(wèn)題[132]。自從 1959 年 Müller 首次研究多種離子摻雜的 SrTiO3[77, 83, 133-142]，雜元素，預(yù)期可以顯著提高非線性電流。以降低 SrTiO3的 Fermi 能級(jí)，使其勢(shì)壘
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TP333

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊祖培,屈紹波,崔斌,高峰,侯育冬,田長(zhǎng)生;PMN和PZN基復(fù)相陶瓷的制備及其介電溫度穩(wěn)定性的研究[J];材料工程;2001年04期

2 孟黎清,李紅耘,熊西周,羅紹華;Ce摻雜的TiO_2電容-壓敏材料結(jié)構(gòu)和電性能研究[J];電瓷避雷器;2003年06期

3 金宇龍,周洪慶,吳洪忠,劉敏,蔣微波,黃志文;鈦酸鍶鋇(BST)鐵電移相器材料的研究現(xiàn)狀[J];電子元件與材料;2003年02期

4 李紅耘,熊西周;SrTiO_3環(huán)型壓敏電阻器的研制及商品化生產(chǎn)[J];電子元件與材料;2003年06期

5 楊春霞,周洪慶,劉敏,吳紅忠,朱�？�,蔣微波;稀土摻雜的BSTO/MgO鐵電移相材料[J];電子元件與材料;2004年09期

6 楊春霞,周洪慶,劉敏,吳紅忠,梁斌斌,金宇龍;BSTO/MgO鐵電移相材料的研究[J];電子元件與材料;2005年02期

7 余慧春,徐愛(ài)蘭,惠春;BST薄膜鐵電移相器研究進(jìn)展[J];電子元件與材料;2005年03期

8 季會(huì)明，徐廷獻(xiàn)，練濱浩;氧化工藝在一次燒成法制備SrTiO_3多功能壓敏陶瓷中的作用[J];電子元件與材料;1995年06期

9 王疆瑛,姚熹,張良瑩;鈦酸鍶鋇(Ba_xSr_(1-x)TiO_3)陶瓷制備及其介電性能的研究[J];功能材料;2004年02期

10 姜?jiǎng)倭?曾亦可,劉少波,劉梅冬;改進(jìn)sol-gel技術(shù)BST薄膜的制備及性能研究[J];功能材料;2004年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王寧章;層狀結(jié)構(gòu)鐵電存儲(chǔ)器的研究[D];華中科技大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2620754