【摘要】：鐵電存儲(chǔ)器(FeRAM)作為新一代的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器,跟其他的傳統(tǒng)存儲(chǔ)器相比具有很大的優(yōu)勢(shì)和十分廣闊的應(yīng)用前景,鐵電薄膜是鐵電存儲(chǔ)器最核心的部分之一,制備高性能的鐵電薄膜是鐵電存儲(chǔ)器能夠得到廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。本文在Pt(111)/Ti/SiO_2/Si(100)基底上利用化學(xué)溶液沉積法(CSD)成功制備出了BNT (Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12))薄膜,BFO (BiFeO_3)薄膜以及二者的復(fù)合薄膜,通過變換不同的制備工藝和條件來研究退火溫度、摻雜、退火氣氛、升溫速率和界面條件等對(duì)薄膜性能的影響。 通過對(duì)所制得的BNT薄膜進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和電學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn),BNT薄膜表面致密平整,結(jié)晶良好,厚度約為360 nm;其最佳的退火溫度為750 oC;升溫速率會(huì)對(duì)薄膜的生長方向和薄膜質(zhì)量造成顯著的影響;受薄膜界面效應(yīng)的影響,薄膜的鐵電性能與薄膜的厚度和后退火處理密切相關(guān)。 采用CSD方法制備的BFO薄膜表面致密平整,結(jié)晶良好,結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過摻雜能夠在一定程度上減小薄膜的漏電流并改善薄膜的鐵電性,A位摻La的效果要好過A,B位同時(shí)摻La和Mn。通過在不同的氣氛下退火發(fā)現(xiàn),在氧氣氣氛下退火的薄膜比在空氣氣氛下退火的薄膜的漏電流更小,鐵電性能更好。 采用CSD方法成功的在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)基底上制備出了Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)/Bi_(0.9)La_(0.1)Fe_(0.95)Mn_(0.05)O_3復(fù)合薄膜,發(fā)現(xiàn)通過制備BNT與BLFMO厚度比例合適的復(fù)合薄膜可以讓整個(gè)薄膜的漏電流得到有效的降低,進(jìn)而充分的發(fā)揮出BNT薄膜和BFO薄膜的各自優(yōu)勢(shì),因此能極大的提升薄膜的鐵電性能。當(dāng)制備的復(fù)合薄膜中BNT薄膜的厚度與BLFMO的厚度比約為5:3,整個(gè)兒薄膜的厚度約為350 nm的時(shí)候,其漏電流密度下降到約為10~(-3) A/cm~2,整個(gè)復(fù)合薄膜可以測(cè)得近似飽和的電滯回線,飽和時(shí)其2Pr值可以達(dá)到80.9μC/cm~2。
【圖文】：

自發(fā)極化(Ps)。如圖1.1所示。圖1.1 鐵電體電滯回線示意圖1.1.1 鐵電材料的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀對(duì)鐵電材料的研究大致從上個(gè)世紀(jì)二十年代開始，以羅息鹽的發(fā)現(xiàn)為標(biāo)志，，現(xiàn)在已經(jīng)有了幾十年的研究歷史，大致可以分為四個(gè)階段。從最初的羅息鹽的發(fā)現(xiàn)到鐵電唯象理論的建立，再到鐵電軟模理論的提出與完善，直到如今鐵電液晶與鐵電材料的理論研究已經(jīng)日趨成熟。目前鐵電材料的研究主要集中在復(fù)合鐵電材料、薄膜材料以及異質(zhì)結(jié)構(gòu)等非均勻系統(tǒng)方面[1-7]。目前國際上關(guān)于鐵電材料的專業(yè)學(xué)術(shù)期刊種類繁多，其中影響力比較大的主要有 Integrated Ferroelectrics, Ferroelectrics 以及Ferroelectrics Letters 等等，每年這方面的論文的數(shù)量都非常的龐大并且呈指數(shù)上升的趨勢(shì)，這反映出目前對(duì)鐵電材料的研究是材料科學(xué)的一個(gè)研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。1.1.2 鐵電材料的分類鐵電材料的自發(fā)極化是由于鐵電晶胞中離子的非中心對(duì)稱排列造成的。在晶體內(nèi)部由于存在著不對(duì)稱的正負(fù)電荷從而形成了電偶極距，這些電偶極距沿著某一方向排

8, 9]。只有這些點(diǎn)群的晶體才有可能具有自發(fā)極化，因此所有的鐵電材料都屬于這十個(gè)點(diǎn)群之中。鐵電材料與各種電介質(zhì)材料之間的關(guān)系如圖1.2所示[1, 10,11]。圖1.2 鐵電材料與各種電介質(zhì)材料的關(guān)系示意圖鐵電體的分類方法很多，按所含的基本單元可以分為：(a) 含氫鍵的鐵電體、(b)含氧八面體的鐵電體、(c) 含其它離子基團(tuán)的鐵電體、(d) 鐵電聚合物與鐵電液晶[1]。按晶體空間的排列方式，鐵電體還可以從結(jié)構(gòu)上分為：(1) 焦綠石結(jié)構(gòu)、(2) 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)、(3) 鎢青銅結(jié)構(gòu)、(4) 鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)[12]。其中鈣鈦礦型鐵電體(通式 ABO3)是含氧八面體中最多的，結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1.3 所示。這種結(jié)構(gòu)的鐵電體(以鋯鈦酸鉛為代表)因在鐵電存儲(chǔ)器方面表現(xiàn)出的優(yōu)異性能受到了研究者的廣泛關(guān)注[1, 8, 10, 11]。而鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(通式為(Bi2O2)2+(An-1BnO3n+1)2-)的鐵電體由于具有大的自發(fā)極化和好的保持性和抗疲勞性能，并且不含鉛，對(duì)環(huán)境和人體無害，正成為可以取代含鉛基的鐵電材料，作為鐵電存儲(chǔ)器的最佳備用材料。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1.4 所示[1, 8, 10,11]。本文也將從這兩種被廣泛關(guān)注的結(jié)構(gòu)中選取一種材料進(jìn)行研究。1.2 鐵電薄膜具有鐵電性并且厚度尺寸從數(shù)十納米到微米級(jí)的鐵電薄膜材料稱為鐵電薄膜。跟塊狀鐵電材料相比，薄膜具有容易集成、工作電壓低、制備工藝與集成電路工藝易兼容等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)樗哂泻芎玫膲弘娦�、熱釋電性、鐵電性、以及非線性光學(xué)等特性，被廣泛的應(yīng)用于微電子學(xué)和光電子學(xué)以及微電子機(jī)械系統(tǒng)等領(lǐng)域
【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】：2011
【分類號(hào)】：TN384;TP333;O484.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 張?jiān)品?王華;任明放;;退火工藝對(duì)La-Nb共摻雜Bi_4Ti_3O_(12)薄膜結(jié)構(gòu)的影響[J];電子元件與材料;2008年06期

2 周圓苑;李海敏;田云飛;肖定全;朱建國;;升溫速率對(duì)Bi_(0.98)La_(0.02)FeO_3-PbTiO_3薄膜結(jié)構(gòu)性能的影響[J];電子元件與材料;2010年04期

3 張瓊;苗鴻雁;談國強(qiáng);;BiFeO_3薄膜研究進(jìn)展[J];硅酸鹽通報(bào);2007年01期

4 劉紅日;;BiFeO_3薄膜的溶膠-凝膠制備及其鐵電和介電性質(zhì)[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào);2007年07期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 張軍;鐵電薄膜界面效應(yīng)與尺寸效應(yīng)的研究[D];湘潭大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2701950