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时间:2019-06-23
《不同退火升温速率下PZT铁电薄膜中的残余应力分析》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、·78·材料导报B:研究篇2011年2月(下)第25卷第2期不同退火升温速率下PZT铁电薄膜中的残余应力分析王敬宇,左长明,姬洪(电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都610054)摘要室温下利用射频磁控溅射在Pt/Ti/SiO2/si(1O0)上淀积了约200nm厚的PZT铁电薄膜,在N2(纯度为99.999~)气氛中以不同升温速率进行快速热退火,采用X射线衍射法表征其残余应力。结果表明,薄膜中的应力不是二维应力而是三维应力,且除了切应力口2z以外的大部分应力张量的分量为张应力;薄膜中张应力的增大主要是由于氧空位与晶粒尺寸共同作用的结果,而该应力的减小是由于晶粒尺
2、寸在薄膜应力演变过程中占主导地位所致。关键词X射线衍射应/JJ氧空位晶粒尺寸AnalysisontheResidualStressofthePZTFerroelectricThinFilmatVariousAnnealingHeatingRatesWANGJingyu,ZUOChangming,JIHong(StateKeyI.aboraoryofElectronicFhinFilmsandIntegratedDevices,UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu610054)AbstractPZTfe
3、rroelectricthinfilmswiththickness200nmonPt/Ti/Si(/Si(100)substratewerepreparedbyRFmagnetronsputteringatlheroonltemperature.FhefilmsgotfastthermalannealingatdifferentheatingrateintheN2(99.999,purity)atmosphere,andXraydiffractionmethodwasusedtocharacterizetheresidualstressofthePZTthinfilms.The
4、resultsindicatethatthestressinthefilmiSnottwo-dimensionalbutthree~dimensional。andthemostcomponentSofthestresstensorarethetensilestressexceptfortheshearstress22;tensilestressincreasinginthethinfilmismainlyduetotheoxygenvacanciesandthegrainsize,whilethereducingiscausedbythedominanceofthegrains
5、izeintheevolutionprocessofthefilmstress.KeywordsX-raydiffraclion,stress,oxygenvacancy,grainsize退火升温速率下处理的PZT铁电薄膜中的残余应力,讨论0引言了薄膜残余应力与升温速率及结晶取向之间的关系。此外,近年来,诸如IZT一类的铁电薄膜在动态随机存储还利用在叫一2扫描中测得不同晶面的半高宽(FWHM)绘制器(DRAM)、非易失性随机存储器(FRAM)、微电力系统了该系列薄膜的Williamson-Hall曲线,并由此得到了薄膜(MEMS)等领域的应用吸引了众人的注意。然而,由于薄中平
6、均晶粒尺寸以及非均匀应变的分布。膜材料与基片材料在结构和热力学参数上的不匹配,导致1实验薄膜在制备的降温过程中会不可避免地产生残余应力。在某种程度上,薄膜的结构和性能取决于薄膜中的残余应室温下,利用射频磁控溅射在Pt/Ti/SiO/Si(100)上淀力,过大的张应力会导致薄膜开裂或变形,从而限制了薄积了约200nm厚的PZT铁电薄膜。以高纯度(99.9995%)膜的应用。一些研究者已经把铁电薄膜的结构与性能归的PZT陶瓷(Zr/Ti=55/45)作为溅射靶;Si02层、Ti层、Pt因于薄膜中残余应力的状态【。因此,残余应力对铁电薄层的厚度分别为S00nm、50nm、200nm,
7、SiO层采用湿热氧化膜的性能有着重要的影响,并已成为该领域中~项重要的法制备,Ti和Pt层采用直流溅射淀积,以Ar(纯度为研究课题_1j。99.999)作为溅射源。将该系列薄膜于N:(纯度为铁电薄膜的力学、电学以及光学性能依赖于薄膜的结晶99.999)气氛中在不同升温速率下进行快速热退火,退火取向E8.93。结晶取向可以通过改变薄膜的淀积条件和薄膜的温度为600℃,时间为30s,升温速率分别为1℃/s、5。C/s、后续热处理来控制。目前还没有关于溅射PZT铁电薄膜中10℃/s、2O℃/s、3
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