铌钕共掺钛酸铋铁电薄膜的制备及电学性能表征

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1、学校代码10530学号201110081259分类号TB34密级公开硕士学位论文铌钕共掺钛酸铋铁电薄膜的制备及电学性能表征学位申请人阳歌指导教师龚跃球副教授学院名称材料与光电物理学院学科专业材料科学与工程研究方向先进信息材料与器件二〇一四年六月万方数据ThepreparationofNb/Nd-codopedBi4Ti3O12ferroelectricthinfilmsandthecharacterisationofitselectricpropertiesCandidateGeYangSupervisorAssociateProfessorYueqiuGongCollegeFaculty

2、ofMaterials,OptoelectronicsandPhysicsProgramAdvancedInformationMaterialsandDevicesSpecializationMaterialsScienceandEngineeringDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,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

3、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随着新一代信息产业的迅猛发展，高新电子产品对存储器件的质量水平提出了更高的要求。以铁电场效应晶体管(FeFET)

4、为基本单元的非挥发性铁电随机存储器，受到人们的广泛关注。薄膜晶体管(TFT)型FeFET，因其制程简单、易大面积集成，并可以实现全外延、全透式以及可应用于柔性器件等特点，备受研究者们青睐。本文首先探究了铌钕双掺杂钛酸铋BNTN铁电薄膜的制备条件；其次对铁电薄膜BNTNx中铌的最佳掺杂量进行了研究；最后，选择优良性能的BNTN0.03薄膜作为栅介质层，应用于ZnOTFT中，并研究了BNTN薄膜对ZnOTFT性能的影响。主要的研究工作与结果如下：首先，采用化学溶液沉积法(CSD)在Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备了BNTN0.01薄膜，并探究了薄膜的退火温度(650℃，750℃，

5、850℃)对薄膜微结构和铁电性能的影响。结果表明：随温度的升高，薄膜晶粒有增大的趋势，但在750℃温度下退火，晶粒的尺寸更均匀；随温度的升高，薄膜铁电性先增大后减小，750℃温度下退火的薄膜样品，其铁电性要略优于其他两个退火温度下的薄膜样品。其次，探究了BNTNx铁电薄膜的最佳铌掺杂量。采用CSD法，在750℃温度下退火，制备出了BIT及BNTNx(x=0,0.01,0.03,0.05,0.07)薄膜，并表征了所制备样品的微观结构、铁电和介电性能等。结果表明：A位掺钕、B位掺铌并没有改变BIT的晶体结构；随着Nb含量的增加，晶粒尺寸有所减小。薄膜的剩余极化值2(2Pr)随铌含量的增加，先增

6、大后减小，在x=0.03时出现最大值(71.4μC/cm)；然而矫顽场(2Ec)始终随铌含量的增大而增大。BNTNx薄膜的漏电流比BIT薄膜的漏电流小两个数量级，并且在BNTNx薄膜中，以BNTN0.03的漏电流最小。介电测试结果表明BNTN0.03的C-V性能表现最优异，相对介电常数也最大。最后，采用CSD法，分别在SiO2/Si(100)与Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备了ZnO/SiO2TFT和ZnO/BNTN0.03铁电TFT，对其输出、转移及保持特性进行了测试与分析。结果表明：所制备的ZnO/BNTN0.03铁电TFT为典型的n沟道晶体管，当源漏极电压为10V时，其

7、输出电流达到饱和；ZnO/BNTN0.03铁电TFT显示出较好的输出特性和转移特性，其阈值电压、沟道迁移率、存储窗口25和开关电流比分别达到了2.5V、5.68cm/Vs、1.5V和1.8×10。经24h保持5时间后，开关电流比依然保持在10，说明所制备的ZnO/BNTNx铁电TFT具有良好的保持特性。关键词：铁电薄膜；双掺杂改性；B3.15Nd0.85Ti3-xNbxO12；ZnO薄膜晶体管I万方数据AbstractM