ITO玻璃衬底上PLZT铁电薄膜的制备与性能分析

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2、文保密在年解密后适用本授权书本论文属于不保密请在以上方框内打学位论文作者签名指导教师签名日期年月日日期年月日1绪论1.1铁电薄膜的研究发展功能陶瓷的薄膜化一直是精细功能陶瓷的重要方向与块材料相比薄膜具有许多特有的性质和现象如光的干涉电子隧道过程高的电阻率和低的电阻温度系数超导体的临界磁场和临界温度的增高等薄膜的这些特有性质不仅归为其厚度薄和表面体积大还因为薄膜由逐个粒子凝聚而引起的独特的物理结构[1]1955年Feldman首先报导了利用蒸发法制备了微米级的BT薄膜这些薄膜是无定形的需加热到1100左右才能得到具有低介电常数的多晶膜Mullet等人通过原料颗粒依次蒸发

3、技术在LiF衬底上得到了几种具有简单钙钛矿结构的外[2]延膜1964年Feuersanger等人用电子束蒸发法在铂-锗衬底上生长出介电常数[3]大于1000的BaTi03膜.但是由于技术上的局限五六十年代铁电薄膜的制备和实际应用均未取得实质性的进展1969年Takei等人首次用射频磁控溅射法在[4]氧化镁和铂衬底上制备了外延生长的Bi4Ti3O12薄膜这项研究具有重要意义.因为他们所采用的射频磁控溅射技术是一项刚发展起来的先进薄膜制备技术所生长的薄膜材料在结构及工艺上也较BT型材料复杂但由于薄膜制备技术及铁电薄膜器件制备等方面遇到的种种困难直到七十年代末八十年代初随着

4、现代薄膜制备技术取得重大突破铁电薄膜的研究才又引起人们的重视随着电子器件光电子器件微型化集成化与智能化的发展铁电薄膜日益受到人们的普遍关注利用各种薄膜制备技术制备优良的铁电薄膜并加以应用己成为近十年来国际上高技术新材料研究的热点之一目前由铁电薄膜与Si半导体集成技术相结合而发展起来的集成铁电学IntegratedFerroelectrics及相关集成铁电器件的研究已成为铁电学研究中最活跃的领域之一亦在信息科学技术领域中显示出诱人的应用前景受到了材料物理凝聚态物理陶瓷学微电子学和信息科学等领域中众多学者的关注铁电薄膜的历史发展如表1.1所示1表1.1铁电薄膜技术发展历史

5、时间薄膜技术发展1955年电子束蒸发制备BaTiO3薄膜1964年射频溅射制备BaTiO3薄膜1969年射频溅射制备Ba4Ti3O12薄膜1974年射频溅射制备LiNbO3薄膜1976年电子束蒸发制备PZT薄膜薄膜,射频二极溅射制备PZT薄膜1977年射频溅射外延生长PLZT薄膜,射频溅射制备(Ba,Sr)Nb2O5薄膜1980年离子束溅射制备PZT薄膜1982年化学气相沉积PT薄膜1983年射频平面磁控溅射外延生长PLZT薄膜,直流溅射制备Pb5Ge3O11薄膜1984年金属有机物分解制备PLZT薄膜,离子束刻蚀PLZT薄膜,液相外延生长KNbO3等薄膜1985年金

6、属靶支流溅射PLZT薄膜,溶胶-凝胶法制备PTPZPZTPLZT等薄膜1987年溶胶-凝胶法溅射法制备用于存储器的PZT和PLZT等薄膜,溶胶-凝胶法制备LiNbO3薄膜1990年激光闪蒸法制备PZT薄膜1990年~铁电薄膜的制备与应用得到了长足的发展,大批集成铁电器件相继出现从晶体结构来看目前研究的铁电薄膜有四种(1)含八面体的(2)含氢键的(3)含氟八面体的(4)含其他离子基团的以铁电开关效应为基础的Pb基PZT是较常见的铁电薄膜材料在光电子学应用中(Pb,La)(Zr,Ti)03(PLZT)铁电薄膜是受关注的材料该材料良好的光学和电学性能调整其化学组成可以满足电

7、光弹光及[5]非线性光学等多方面的要求21.2铁电薄膜的性质与应用铁电薄膜材料具有优良的铁电压电热释电电光声光光折变和非线性[6-9][10-12]光学等特性,它可以制备铁电存储器压电传感器热释电红外探测和热成像[13-15][16-17][18-21]器件光电波导器件微电子机械系统MEMS器件等功能器件,广泛应用于微电子学集成光学微机械等诸多领域近年来,随着薄膜制备技术的[22-26]发展,铁电薄膜材料的研究及其应用是目前高新技术的前沿和热点之一1铁电性在一定的温度范围下材料具有自发极化且其自发极化方向可以因外电场方向反向而反向的特性称为铁电性铁电