BST铁电薄膜的制备.ppt

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1、PZT、BST铁电薄膜的制备FabricationofPZTandBSTFerroelectricThinFilms主要内容绪论PZT铁电薄膜Sol-Gel法制备及性能研究Co掺杂PZT铁电薄膜的制备及性能研究BST铁电薄膜的制备及性能研究总结1.绪论1.1铁电材料概述铁电材料是指存在自发极化，且自发极化有两个或多个可能的取向，在电场的作用下，其取向可改变的一类材料。铁电材料的极化强度与外场的关系曲线类似于铁磁材料的磁滞回线，如图所示。E=0,P=PrP=0,E=Ec铁电材料的应用研究进展1952年贝尔电话实验室首次提出利用铁电材料的两个极化方向来实现计算机存储器中0和

2、1的编码操作，制作铁电存储器90年代初，随着微电子工业和集成工业的进步。几乎每隔几年，铁电存储器的生产就有一个突破性的进展1994年，美日联合开发的Bi系层状结构的材料SrBi2Ta2O9制成的256KB存储器目前，国际上许多大型半导体公司都十分重视FeRAM的研究1.2PZT材料结构特征PZT是典型的钙钛矿型结构，化学通式为ABO3这些含氧八面体的铁电氧化物的自发极化主要来源于B位离子偏离氧八面体中心的位移1.3PZT铁电薄膜的制备技术溅射法激光闪蒸真空蒸发化学气相沉积（CVD）金属有机物化学气相沉积（MOCVD）法溶胶－凝胶（Sol-Gel）法SOL-GEL法制备铁

3、电薄膜的优点能精确控制薄膜的组分，能制备大面积高质量薄膜组分具有高度的均匀性易于调整组分，易于进行微量、均匀掺杂设备简单，成本低，适于产业化生产2.PZT铁电薄膜制备化学试剂用量（mol）硝酸锆（Zr(NO3)45H2O）0.5乙酸铅（Pb(CH3COO)23H2O）1.15（过量15%）钛酸四丁酯（Ti(OC4H9)4）0.5乙二醇甲醚（HO(CH2)2OCH3）4.02.1PZT先驱溶液的合成PZT薄膜的制备流程计算出各原材料的质量或体积乙酸铅＋乙二醇甲醚，120℃回流加热30min硝酸锆＋乙二醇甲醚，加热搅拌钛酸四丁酯＋乙二醇甲醚，与上述两溶液混合搅拌12h后

4、，定容、过滤ITO/glass基片上以3000～5000r/min的速度匀胶30s400℃热处理4min，500600℃退火处理4min重复6、7步，最后一层在氧气气氛的条件下，在500600℃退火处理20min2.2PZT铁电薄膜的X射线衍射图600℃时，PZT薄膜结晶程度最好薄膜呈以（101）为首要方向的多晶结构有（222）方向的焦绿石相2.3PZT铁电薄膜的铁电性能E越大，P越大；温度升高，Pr增大，Ec减小。2.4PZT铁电薄膜的介电性能温度越高，薄膜的介电常数越大。2.5PZT铁电薄膜的漏电流综合比较各温度下PZT铁电薄膜的铁电、介电、漏电流性能，600度

5、的退火温度效果最好。3.PCZT铁电薄膜制备及性能研究乙酸钴（Co(CH3COO)2·4H2O）工艺流程-asmentionedabove3.1PCZT薄膜的制备3.2PCZT铁电薄膜的X射线衍射图薄膜呈以（101）为首要方向的多晶结构Co掺杂能够有效的抑制PZT薄膜中焦绿石相的产生3.3PCZT铁电薄膜的铁电性能ProportionofCo-dopedPr(μC/cm2)EC(KV/cm)0mol%36.545.25mol%43.851.610mol%58.667.315mol%42.068.9Co掺杂后的PZT薄膜的剩余极化强度Pr明显增大,Co=10mol%,Pr

6、=58.6c/cm2。这个值比大多数文献报道的掺杂或不掺杂的PZT薄膜的剩余极化强度Pr大。PCZT薄膜的矫顽场Ec比PZT薄膜要大，而且随着掺杂比例的增大而增大。PCZT薄膜的电滞回线图呈不对称形状，而且在较高外场下有向下弯曲的现象。比较PZT与PCZT薄膜的铁电测试图：主要解释1：一般来说当铁电薄膜中存在有焦绿石相时，其电滞回线图将会呈现出一个比较纤细的形状，薄膜的剩余极化强度会比较小。从掺杂和不掺杂的PZT薄膜的XRD图来看，掺杂后的薄膜中含有的焦绿石相明显减少，甚至消失，这是导致Co掺杂后PZT薄膜的铁电性能加强的原因之一。主要解释2：铁电薄膜的居里温度点、自

7、发极化、介电常数和矫顽场与掺杂后的离子替代有很大的关系。由于Co2+的离子半径（0.75Å）比Pb2+的离子半径（1.26Å）要小得多，因而当钴离子在薄膜中替代铅离子的位置后会占据更少的空间，这样钴离子在氧八面体中会有更大的活动空间，从而能够产生更大的极距和更大的剩余极化强度。但是另一方面，钴离子在氧八面体中的活动空间大了以后会需要更大的能量让其回到原来的平衡位置，因而导致掺杂后的PZT薄膜有更大的矫顽场。主要解释3：当钴离子在薄膜中替代钛离子或锆离子的位置时，为了保持电化学平衡，此时会产生氧空位。当薄膜中存在氧空位时，它会和其它离子形成