znobntlnosi铁电薄膜晶体管制备及表征

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1、FabricationandCharacterizationofZnO/BNT/LNO/SiFerroelectricThinFilmTransistorsCandidateTaoDingSupervisorProfessorXiangliZhongCollegeFacultyofMaterials,OptoelectronicsandPhysicsProgramAdvancedinformationmaterialsanddevicesSpecialtyMaterialsScienceandEngineeringDegre

2、eMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay1,2014万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同

3、意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本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和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据摘要铁电栅薄膜晶体管(Ferroelectric-gatethin-filmtransistor，FGT)由于其具有非挥发特性，而且单元结构和制备工艺简单、铁电薄膜层与半导体沟道层的界面特性好、容易大面积集成、可实现全外延结构和柔性器件，成为了一

4、种受欢迎的铁电存储器结构。然而，为了得到较好的性能，目前的FGT堆垛结构中的铁电薄膜一般是在特殊的基底(如SrTiO3)上外延生长而得到，昂贵的基底和与当前成熟的硅工艺的不兼容性显然会限制FGT的应用和发展。于是在硅基底上制备高质量的FGT具有很重要的意义。本论文以硅为衬底，选用LaNiO3(LNO)同时作为底栅电极和模板层，首先得到高质量的择优取向Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)铁电薄膜，继而制备出ZnO/BNT/LNO/SiFGT单元器件。具体工作和结果概括如下：1.导电氧化物电极LNO薄膜的制备与表征采用

5、脉冲激光沉积法(PLD)在Si基底上制备了导电氧化物LNO薄膜，研究了基底温度(450℃-750℃)和沉积氧压(50mTorr-200mTorr)对LNO薄膜微观结构和电学性能的影响。结果表明：(1)随着基底温度的升高，LNO薄膜的结晶性得到改善；基底温度为600℃时，结晶性最好；温度过高时，有杂相产生。(2)随着氧压的增加，LNO薄膜的(110)取向度逐渐增强，薄膜电阻率减小。(3)在600℃基底温度和200mTorr氧压条件下制备的LNO薄膜具有相对较好的性能，其电阻率为1.26mΩ·cm，且表面平整致密，满足作为模板层

6、和底电极的要求。2.BNT/LNO/Si异质结的制备与表征采用PLD方法分别在Pt/Ti/SiO2/Si、LNO/exact-Si(平坦Si)和LNO/miscut-Si(斜切Si)基底上沉积了BNT铁电薄膜，分别研究了底电极和衬底对BNT薄膜生长的影响。结果表明：(1)以Pt作为电极制备的BNT薄膜主要沿c轴取向生长，而以LNO作为电极制备的BNT薄膜主要沿(117)和(200)取向生长；LNO电极上生长的BNT薄膜有更大的剩余极化和介电常数。(2)对比平坦Si基底上生长的样品，在斜切Si基底上生长的BNT薄膜呈现出a轴择

7、优取向，且表面更加平整，表面粗糙度较小，具有更大的极化和介电常数。3.ZnO/BNT/LNO/miscut-SiFGT的制备与表征基于上述研究，在斜切Si基底上，采用PLD方法依次制备了LNO底电极、BNT铁电薄膜绝缘层和ZnO沟道层，形成了ZnO/BNT/LNO/miscut-SiFGT单元器件，并对其输出特性和转移特性进行了测试分析。结果表明：所制备的FGT显示出典型的n沟道增强型晶体管特性，并具有较好的电学性能，其阈值电压、存储窗口、6开关比和亚阈值摆幅分别达到了1.1V、3.0V，1.8×10和240mV/decad

8、e。关键词：铁电栅薄膜晶体管；LNO导电氧化物；BNT铁电薄膜；存储窗口I万方数据AbstractFerroelectric-gatethin-filmtransistor(FGT)hasbecomeapromisingferroelectricmemorystructureduetoit