PZT薄膜铁电性能改善研究

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1、PZT薄膜铁电性能改善研究ImprovementofferroelectricpropertiesofPZTthinfilms学科专业：集成电路工程研究生：张泽宾指导教师：肖谧副教授天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月摘要PZT薄膜具有优异的电学性能，在微机电学、微电子学等领域应用广泛。其中，使用PZT薄膜制作得铁电随机存取存储器(FRAM)在近年来受到科研工作者和制作厂商的深度关注。但是因为PZT薄膜铁电疲劳的特性而限制了其在铁电存储器领域进一步的发展。为此探索了改善PZT薄膜铁电疲劳特性的方法，希望能进一步推动PZT薄膜在存储应用上的进

2、展。在系统总结PZT薄膜研究和应用现状的基础上，使用溶胶-凝胶法制备出了PZT薄膜，研究了导致PZT薄膜铁电疲劳的原因，并使用A位或B位施主掺杂和LNO底电极代替传统的Pt底电极的方法来改善PZT薄膜的介电性能、铁电性能和铁电疲劳性能。本课题使用了La和W元素掺杂PZT薄膜，实验结果表明：适量的A位的La掺杂或B位的W掺杂都可以明显改善PZT薄膜的介电性能、铁电性能和铁电疲劳性能。其中La元素掺杂的最佳浓度是2mol%，而W元素掺杂的PZTW薄膜介电性能、铁电性能和铁电疲劳性能随着掺杂浓度的增大而提升，1mol%掺杂的PZTW薄膜的性能最好。本课题还研

3、究了不同La/Ni比LaNixO3+δ薄膜的性质的不同，我们发现：使用溶胶-凝胶法制备LNO薄膜的最佳退火温度是700oC。在此温度下可以获得结晶质量良好的LNO薄膜，La/Ni比为1:0.95的LaNi0.95O薄膜具有最小的电阻率。而使用LNO薄膜代替Pt作PZT薄膜的底电极可以显著改善PZT薄膜的铁电性能，其中使用LN0.95O薄膜作底电极的PZT薄膜既有很好的铁电疲劳性能，又有较小的非线性I-V特性的阈值电压，因此是一种比较合适的PZT薄膜电极替代材料。关键词：PZT薄膜，掺杂，铁电性能，疲劳特性IABSTRACTPZTfilmshaveexc

4、ellentelectricalproperties,whichhaveawiderangeofapplicationsinmicroelectronics,microelectromechanicalandotherfields.Amongthem,theuseofPZTthinfilmproductionofferroelectricrandomaccessmemory(FRAM)inrecentyearshasattractedthemanyresearchersandmanufacturers.Butbecauseofthecharacteri

5、sticsnamedofferroelectricfatigueinPZTthinfilm,itsfurtherdevelopmentinthefieldofferroelectricmemoryislimited.Inthispaper,wehaveexploredthemethodofimprovingtheferroelectricfatiguepropertiesofPZTthinfilms,hopingtofurtherpromotetheprogressofPZTthinfilmsinstorageapplications.Basedont

6、heresearchofPZTthinfilmsinthepast,PZTfilmswerepreparedbysol-gelmethod.ThecausesofferroelectricfatigueofPZTfilmswerestudied.TheA-siteorB-sitedonordopingandLNOelectrodetoreplacethetraditionalPtbottomelectrodemethodwereusedtoimprovethedielectricproperties,ferroelectricpropertiesand

7、ferroelectricfatiguepropertiesofPZTfilm.Inthispaper,LaandWelementswereusedasdonor-dopantsinPZTthinfilms.TheexperimentalresultsshowthattheLaorWelementcansignificantlyimprovethedielectricproperties,ferroelectricpropertiesandferroelectricfatigueperformance.Theoptimumconcentrationof

8、La-dopedPLZTfilmis2mol%,whilethedielectricprope