高介电常数CaCu3Ti4O12薄膜制备及其性能研究

《高介电常数CaCu3Ti4O12薄膜制备及其性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、高介电常数CaCu3Ti4012薄膜制备及其性能研究中文摘要中文摘要随着微电子器件的尺寸进一步的减小，高介电常数材料在微电子器件中，特别是在动态随机存储器(DRAM)的应用中，扮演着重要的角色。近年来一种不寻常的钙钛矿结构的材料CaCu3Ti4012(CCTO)由于其具有高介电常数而引起了研究人员的关注。目前对这种材料的研究主要集中在体材料上，对其薄膜研究基本上还局限于单晶基片上生长的薄膜。而考虑与集成电路的相兼容问题，在硅基上制备出高质量的CCTO薄膜显得尤为的重要，而在这方面的报道目前还尚未见到。本论文通过脉冲激光沉积法(PLD

2、)在Pt／Ti／Si02／Si(100)基片上沉积CCTO薄膜，通过改变薄膜的沉积温度和沉积气压等条件，利用x射线衍射方法(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等薄膜结构表征手段，获得了一组优化的薄膜沉积条件。在基片温度高于7000C，沉积气压大于13．3Pa的条件下，制各出的薄膜的呈现了较好的钙钛矿结构，其介电性能与在单晶基片上生长的薄膜是相吻合的。同时我们还研究了薄膜的厚度对薄膜介电常数的影响，对实验结果进行了初步的解释。本文还通过改变底电极的方式来提高CCTO薄膜的介电常数。我们发现不同的底电极，对CCTO薄膜的微结构起着很大的

3、影响。在薄膜沉积前，我们利用PLD先在Pt／Ti／Si02／Si基片上沉积了一层导电性能很好的LaNi03(LNO)薄膜，并在此底电极上沉积CCTO薄膜，发现其介电性能得到了很大的改善。在LNO／Pt／Ti／Si02／Si基片上沉积的厚度为350rim的CCTO薄膜，其室温介电常数在100KHz下为2300，而相同厚度下在Pt／Ti／Si02／Si上沉积的CCTO薄膜的介电常数仅为1200。在本论文中我们还着重研究了不同气氛和不同温度下的退火后处理对CCTO薄膜介电性质的影响。实验发现：CCTO薄膜在氧气氛和氮气氛的不同温度下退火后

4、，将产生不同的介电性质。经过较高温度的氮气退火后，薄膜将出现非常明显的低频弛豫现象。而当薄膜在氧气中退火后，这种低频弛豫现象将消失，并且当氧气退火温度增加时，薄膜的介电常数有了较大的下降。文中对这种现象提出了理论的解释。高介电常数CaCu3Ti4012薄膜制各及其性能研究中文摘要关于薄膜高介电常数的起源问题。我们分别测试了不同底龟极和不同退火条件下的CCTO薄膜的复阻抗，结合XRD和SEM，我们认为我们所制备的CCTO薄膜是由高阻绝缘性的晶界和具有低阻半导体特性的晶粒所组成，其中晶界电阻对薄膜介电性能的贡献较大，是导致薄膜高介电常数

5、的主要原因。关键词：脉冲激光沉积；介电性能；结构性质；缓冲层；晶界；退火后处理作者：方亮指导教师：沈明荣高介电常数CaCu3Ti4012薄膜制备及其性能研究英文摘要AbstractWiththetrendofsizereductionofmanymicroelectronicdevices，high—dielectric-constantoxideshavebecomeincreasinglyimportantinmicroelectronics．especiallyintheapplicationofdynamicrandomac

6、cessmemories(DRAM)devices．Recently,muchattentionhasbeenpaidtoanunusualcubicperovskitematerialCaCu3Ti40i2(CCTO)becauseofitsextraordinarilyhighdielectricconstant．However,thestudyofthismaterialhasmainlyfocusedonthebulkmaterialandthestudyoftheCCTOfilmsisconfinedtotheonespr

7、eparedonthesinglecrystaloxidesubstrates．TherehasbeennoreportontheCCTOthinfilmsdepositedonSisubstrates，whicharemorecompatiblewithverylarge—scaleintegratedcircuitsthanoxidesubstrates．Inthisthesis，WestudythedepositionconditionsoftheCCTOthinfilmsonPt／Ti／Si02／Si(100)substra

8、tesbypulsed·laserdeposition(PLD)．Withthehelpofx—rayDiffraction(XRD)andScanningElectronMicroscope(SEM)，thinfilmswithpu