硅基多晶钛酸锶钡铁电多层膜的结构与介电增强效应

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1、硅摹多品钛酸锶钡铁屯多层膜的结构与介电增强效应中文摘要钛酸锶钡铁电薄膜因具有良好的铁电、介电、压电和热释电等性能而受到重视这些性质使它们可应用于与硅电路集成的动态随机存储器。本论文的工作主要研究了利用脉冲激光法，在硅基片上沉积多晶的钛酸锶钡铁电多层膜，使其介电常数增强的同时，保持较低的介电损耗。通过对多层膜结构和性质的系统研究，分析了多晶的多层膜中介电增强效应的形成机理。论文的研究结果如下(1)周期厚度对钛酸锶钡多层膜的影响采用脉冲激光法在Pt／Ti／Si02／Si衬底上沉积了多晶的BaTi03／Bao6Sro4Ti03、BaTi03／Bao2SrogTi03、Ba

2、Ti03／SrTi03三种多层膜，研究发现周期厚度明显影响多层膜的介电性质，通过改变周期厚度，在三种多层膜中均发现了介电常数增强的现象。在BaYiO]／Bao6Sro4Yi03多层膜中．当周期厚度为60nm时，介电常数高达1336，介电损耗仅为O．04。在BaTi03／Bao2Sro8Ti03多层膜中，当周期厚度为80nm时，介电常数为890，介电损耗为0．04。在BaTi03／SrTi03多层膜中，当周期厚度为60nm时，介电常数为721，介电损耗仅为O．0334。研究同时表明，在硅基多晶的多层膜中，不同介质材料的接触处存在明显的界面层，正是这一特殊的界面层导致了

3、介电常数的增强，该介电常数增强的现象与Maxwell-Wagner效应相关。(2)后处理对钛酸锶钡多层膜的影响利用脉冲激光沉积法在Pt／Ti／Si02／Si衬底上，沉积了单层厚度为48rim的多晶BaTi03／Bao2Sro8Ti03多层膜，通过对薄膜进行热后处理，研究了其介电性质。研究发现，薄膜经过热处理后，相对介电常数明显增大．而介电损耗变化不大。经过2．5小许撼多品钛睃镏{jJ：

4、铁l乜多层膜的结构-J介IU增强效心中义摘筮时后处理的多层膜，其相对介电常数高达891，而介电损耗仅为0．038。作者采用MW模型对实验数据进行了解释，结果表明，在合理的参数下，模拟

5、曲线与实验结果相吻(3)薄膜厚度对钛酸锶钡多层膜的影响利用脉冲激光沉积法在Pt／Ti／Si02／Si衬底上，沉积了不同总厚度的多晶BaTi03／Bao2Sro8Ti03多层膜，研究了周期厚度、界面数对薄膜介电性质的影响。研究表明，在相同界面数的情况下，厚度对薄膜的介电性质影响较大。在薄膜厚度为240nm时，多层膜的介电常数为810．介电损耗为O．036。同样，在保持周期厚度相同的前提下，薄膜厚度对介电性质也产生较大的影响。在薄膜厚度为320nm时，多层膜的介电常数为913，而介电损耗仍然保持在较低的水平，仅为0．036。分析表明，实验结果与界面空间电荷极化有关，通过

6、对实验数据进行MW理论分析，发现拟合结果与实验数据相符合。关键词：介电增强效应，铁电多层膜，钛酸锶钡薄膜，脉冲激光沉积，Maxwell-Wagner模型作者：葛水兵指导教师：宁兆元硅批多品钛酸锶钾!铁l毡多层膜的结构‘_介l乜增强效艟英义摘婪Structureanddielectricenhancementofpolycrystalline(Ba，Sr)Ti03ferroelectricmultilayerfilmsonSisubstrateAbstract(Ba，Sr)Ti03thinfilmsshowhighapplicationpotentialinhi曲-d

7、ensityDRAMcapacitorswithverylargescaleintegrationbecauseoftheirgoodferroelectric，dielectric，piezoelectricandpyroelectricproperties．ThepresentdissertationfocusesOntheresearchofdielectricpropertiesofpolycrystalline(Ba，Sr)Ti03multilayerfilmspreparedbypulsedlaserdepositionOBSisubstratesand

8、themechanismofdielectricenhancementisdiscussedSomeofthemainresultsareasfollOWS：(1)EffectsofstackingperiodicityonBSTmultilayerfilmsPolycrystallineBaTi03／Bao6Sr04T103，BaTi03／Ba02Sro8T103andBaTi03／SrTi03multilayerfilmswerefabricatedviapulsedlaserdepositionontoPt／Ti／Si02／Sisubstrateswith