【摘要】： 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，對(duì)非揮發(fā)存儲(chǔ)器(如鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管FeFET存儲(chǔ)器)的需求與日俱增，從而導(dǎo)致了對(duì)新的存儲(chǔ)器材料的研究與探索的熱潮。目前用于制備FeFET的鐵電薄膜材料體系仍以鋯鈦酸鉛(PZT)系為主，PZT薄膜具有一些良好的鐵電性能，，如較大的剩余極化(2Pr )值以及較低的熱處理溫度等。然而，PZT薄膜同時(shí)具有一些致命的缺點(diǎn)，如抗疲勞性能差，有毒等等。開(kāi)發(fā)一類新的鐵電材料來(lái)取代PZT變得尤為必要。稀有金屬離子摻雜的鈦酸鉍(Bi_4Ti_3O_(12)，簡(jiǎn)寫為BIT)鐵電薄膜材料結(jié)晶溫度較低、抗疲勞特性好、自發(fā)極化較大，所以可望成為新的適用于FeFET器件的鐵電薄膜材料。本文選擇用溶膠-凝膠(Sol-Gel)法在Pt(111)/Ti/SiO_2 /Si(100)基片上制備了Dy元素和Yb元素?fù)诫s的Bi_4Ti_3O_(12)薄膜Bi_(3.4)Dy_(0.6)Ti_3O_(12)和Bi_(3.4)Yb_(0.6)Ti_3O_(12)(分別簡(jiǎn)記為BDT和BYT)，并分別對(duì)其性能進(jìn)行了一些研究。 本論文在第一章中對(duì)鐵電薄膜的發(fā)展概況、應(yīng)用前景、制備方法和目前的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。在此基礎(chǔ)上，給出了本文的選材及研究目的、內(nèi)容。第二章介紹了本文實(shí)驗(yàn)所用的材料以及方法，并就影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一些主要因素進(jìn)行了分析。 在第三章和第四章中，分別研究了退火氣氛和退火溫度對(duì)BDT薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、鐵電性能及電學(xué)性能等性質(zhì)的影響。結(jié)果表明退火氣氛對(duì)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和鐵電性能等都有很大的影響。氮?dú)庵休^低溫度650°C退火的BDT薄膜結(jié)晶完全，顯示良好的鐵電性和抗疲勞特性，而空氣和氧氣中退火的BDT薄膜只有在退火溫度升高到700°C時(shí)才顯示較好的結(jié)晶度和鐵電性。所以，與空氣和氧氣相比，氮?dú)庵型嘶鹂梢源蟠蠼档虰DT薄膜的結(jié)晶溫度。另外，氮?dú)狻⒖諝夂脱鯕庵型嘶鸬腂DT薄膜的表面顆粒平均尺寸隨著退火溫度的升高而增大，鐵電性卻并不是隨著退火溫度單調(diào)增長(zhǎng)，而是在到達(dá)最佳退火溫度點(diǎn)后，剩余極化值又隨著退火溫度的進(jìn)一步提高而減小。 第五章研究了Dy元素的含量對(duì)BDT薄膜的性能影響，結(jié)論是：Bi_(3.4)Dy_(0.6)Ti_3O_(12)薄膜的性能最好。我們認(rèn)為得出這樣的結(jié)果的原因在于Dy~(3+)離子取代Bi~(3+)離子的位置有差異。當(dāng)Dy元素的含量在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)時(shí)，Dy~(3+)離子優(yōu)先取代Bi_2O_2層的Bi~(3+)離子，而這將破壞鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，從而提高BDT薄膜的自發(fā)極化強(qiáng)度(或剩余極化強(qiáng)度)。但是過(guò)多的Dy摻雜又會(huì)導(dǎo)致Dy~(3+)離子取代位于Bi_2Ti_3O_(10)結(jié)構(gòu)中的Bi~(3+)離子，這會(huì)破壞Bi_2Ti_3O_(10)的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，從而降低薄膜的自發(fā)極化強(qiáng)度(或剩余極化強(qiáng)度)。 第六章介紹了BYT薄膜的制備過(guò)程。采用Sol-Gel法我們首次成功地在Pt(111)/Ti/SiO_2 /Si(100)基底上沉積出Bi_(3.4)Yb_(0.6)Ti_3O_(12)(BYT)鐵電薄膜，此項(xiàng)工作目前還沒(méi)有任何文獻(xiàn)報(bào)道。詳細(xì)研究了不同退火溫度(600°C-750°C)下BYT鐵電薄膜的鐵電性能。
【圖文】：

法 國(guó) L a Roc h e l l e 地 方 的 藥 劑 師 Pi erre de la S 灑 石 酸 鉀 鈉 (sodium potassium tartrate 4 H2O)， 這 種 晶 體 后 來(lái) 被 稱 為 R S(羅 息)鹽 。 1 9 在 外 電 場(chǎng) E 作 用 下 ，其 極 化 強(qiáng) 度 P 有 如 圖 1.1 所 出 特 殊 的 非 線 性 介 電 行 為 ；RS 的 這 種 特 性 被 稱當(dāng) 時(shí) 人 們 已 熟 知 鐵 磁 體 的 磁 滯 回 線 ， 圖 1.1 的 PB(H)關(guān) 系 曲 線 很 相 似 ，故 被 稱 為 電 滯 回 線 。于 把 seignette 電 性 稱 為 鐵 電 性 ， 而 具 有 鐵 電 性 的 或稱為鐵電 體[ 1 ]。

圖 1.2 鐵 電 薄 膜 電 滯 回 線 及 存 儲(chǔ) 機(jī) 理 示 意 圖 子 極 化 使 鐵 電 體 在 宏 觀 上 表 現(xiàn) 為 ：極 化 強(qiáng) 度 與 外 電 場(chǎng) 之 ， 得 到 電 滯 回 線 ； 反 向 電 場(chǎng) 超 過(guò) 矯 頑 場(chǎng) 時(shí) 發(fā) 生 極 化 反 表 現(xiàn) 出 正 、 負(fù) 剩 余 極 化 (±Pr)， 如 圖 1.2 所 示 。 因 此 ， 要 外 帶 電 場(chǎng) 或 電 壓 的 維 持 ， 仍 能 保 持 原 有 的 極 化 信 息 ， 不 同 于 需 維 持 電 源 才 能 保 持 原 有 信 息 的 半 導(dǎo) 體 動(dòng) 態(tài)M)。 薄膜存儲(chǔ)器 的基本結(jié)構(gòu)形式 件 是 鐵 電 薄 膜 最 主 要 的 應(yīng) 用 領(lǐng) 域 之 一 ，也 是 推 動(dòng) 鐵 電 薄 動(dòng) 力 之 一 。 鐵 電 存 儲(chǔ) 器 有 兩 種 基 本 工 作 模 式[ 6 , 7 ]： 一 種O)；另 一 種 是 非 破 壞 性 讀 出(NDRO)。其 中 DRO 鐵 電 存 膜 的 電 容 效 應(yīng) ，以 鐵 電 薄 膜 電 容 取 代 常 規(guī) 的 存 儲(chǔ) 電 荷
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TP333

【參考文獻(xiàn)】

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1 李彬;溶膠-凝膠薄膜科學(xué)與技術(shù)的由來(lái)和發(fā)展[J];材料導(dǎo)報(bào);1992年06期

2 龔健,陶明德;溶膠-凝膠法制備BaTiO_3系薄膜[J];功能材料;1998年04期

本文編號(hào)：2623252