bifeo3铁电半导体外延异质结的制备及其电输运特性-研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目BiFeO3铁电半导体外延异质结的制备及其电输运特性研究学科专业电子信息材料与元器件学号201221030561作者姓名杨骏珏指导教师黄文副教授分类号密级注1UDC学位论文BiFeO3铁电半导体外延异质结的制备及其电输运特性研究（题名和副题名）杨骏珏（作者姓名）指导教师黄文副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业电子信息材料与元器件提交论文日期2015.04.论文答辩日期2015.05.19学位授予

2、单位和日期电子科技大学2015年06月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。HETEROEPITAXIALGROWTHAND ELECTRICALTRANSPORTPROPERTIESOF BiFeO3FERROELECTRICSEMICONDUCTORSAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ElectronicInformationMaterialsandDevicesAuthor:YangJunjueAdvisor:Associate

3、ProfessorHuangWenSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关

4、部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日中文摘要中文摘要BiFeO3薄膜由于其在室温下所表现出来的典型的多铁性和光学特性受到了人们广泛的关注，特别是将BFO与半导体相结合所制备的异质结体系，其在外加电压的作用下发生高阻态同低阻态相互转变的阻变现象，展现了其在双稳态器件领域广阔的应用前景。在实际的制备中，人们一般选择在Si，GaAs，GaN等典型半导体上直接生长BFO薄膜

5、。在这些半导体之中，GaAs材料由于其自身的直接能带结构以及高的饱和电子迁移率在III-V族半导体中扮演着重要的角色。如果能够将BFO薄膜和GaAs集成形成BFO/GaAs异质结体系，不但可以在单片器件上实现介电材料和半导体材料的功能集成，而且可以应用BFO和GaAs半导体在界面处的效应研发出一些新型器件。在之前的研究中，研究人员成功的在GaAs上外延生长了BFO薄膜，但是并没有对异质结体系的电学输运特性进行完全的研究。由于异质结体系的电学特性对于其相关应用有着极大的影响。因此对于其载流子的输运特性研究就显得尤为重要了。在本文中，我们主要研究BFO/NSTO/GaAs异质结的电学

6、输运特性。1．利用PLD方法在p型砷化镓基底上以钛酸锶铌作为缓冲层外延生长了BFO薄膜并表征了其相应的结构特性。利用X射线衍射分析了样品的晶体结构，测试结果说明了所制备的异质结具有单一(00l)取向。同时利用截面形貌图展示了BFO薄膜在NSTO缓冲层上生长状态，从结果中可以看到两者之间具有清晰的界面。最后我们利用PFM的幅度和相位信号分析了样品的表面特性。在PFM的测量中我们可以清晰的观察到异质结的畴壁结构，其表明了BFO薄膜在垂直方向上具有良好的极化状态。2．对比了不同薄膜厚度以及不同缓冲层对于异质结体系的性能影响。实验发现异质结薄膜厚度越厚，其介电性能越弱，当薄膜厚度由240

7、nm依次递增为300nm以及360nm时，其介电常数分别为340，280和200。同时对于缓冲层的厚度有一定的约束范围，在本文中当缓冲层NSTO厚度增大为100nm时，异质结性能会急剧降低。3．分析了异质结体系的电学特性。对于实验中观察到的类二极管电学特性以及阻变特性进行了理论分析，其最大整流比约为200。建立了异质结的理想能带结构图，实际上异质结体系形成了背靠背的二极管能带结构，即p-n-p接触。根据能带相应参数计算出BFO和NSTO两者之间的导带势垒和价带势垒分别为0.7eV