Pb(Zr0.52Ti0.48)O3铁电薄膜的制备与阻变特性分析

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1、摘要锆钛酸铅（Pb(ZrxTi1-x)O3，0

2、料一般都有较强的铁电性。本文以PZT靶材以及薄膜的制备和特性研究为目的，分别探究了利用导电衬底的PZT/NSTO结构和利用不导电衬底并插入导电缓冲层的PZT/SRO/STO结构。主要的步骤如下：一、采用固体反应法，制备了锆钛比为52：48的PZT靶材。因为经过调研发现在室温下，x=0.52附近是三角-四方相界，这是一条准同型相界，该相界附近的区域内，材料的结构属于铁电四方相和铁电三方相的过渡区，一般是两相共存的，在这个区域内，铁电体的晶格结构发生了突变。在靶材制备过程中，为了防止样品受热不均匀和铅的挥发，本文采用了

3、埋粉烧结和过量配比综合的方法成功制备出了致密性良好的高纯PZT陶瓷靶材。二、用激光脉冲沉积（PLD）法，分别在导电的掺铌钛酸锶（Nb-SrTiO3）和不导电的钛酸锶（SrTiO3）两种衬底上制备PZT薄膜。制备PZT薄膜之前，在不导电的衬底上先制备一层钌酸锶（SrRuO3）缓冲层，这样更有利于形成外延的PZT薄膜。钌酸锶一方面可以做电极，另一方面可以适当改善电极疲劳。在PZT/NSTO和PZT/SRO/STO两种结构的PZT薄膜上，用小型离子溅射仪分别制备铂金（Pt）作为上电极，并在NSTO衬底的下方焊接铟（In）

4、作为下电极。三、由于钌酸锶（SRO）靶材有吸湿性，直接采用激光脉冲沉积法制备薄膜，条件很难控制。本文采用在管式炉中高温预烧12h的方法，去除靶材中的湿气。然后成功制备出了钌酸锶薄膜，并对制备的薄膜进行了四探针法测量电阻率。实验表明，这种预处理方法能够制备出导电性良好的缓冲层。I四、在SRO/STO上制备的PZT薄膜是MFM结构。通过其进行XRD测试、SEM扫描、P-V、C-V、I-V测试并分析，了解了PZT薄膜的阻变机制。五、在NSTO衬底上制备的PZT薄膜是典型的MFS结构，即金属-铁电体-半导体结构。它是FFE

5、T（铁电场效应晶体管存储器）的基本结构。本文分别对其进行了X射线衍射和Φ扫描的结构表征。发现此衬底上制备的PZT薄膜是四重对称的外延结构，并且由于晶格应力的影响，只呈现四方相。另外，对其进行的I-V测试表明其在低于3V的小电压下呈现整流特性；超过3V不超过8V表现为反常的双极型阻变态；超过8V以后转变为正常的双极型阻变态。通过对其进行压电力显微镜（PFM）测试发现，整流特性是PZT和NSTO之间的p-n结起作用，而反常双极型的阻变跟PZT薄膜的极化有关。直4流I-V测试时，8V是反常双极型向正常双极型转变的临界点，

6、场强为1.66³10kv/m，4而通过蝴蝶曲线和滞回曲线可知，矫顽场为1.51³10kv/m，也是PZT薄膜极化的临界点，与反常双极型和正常双极型的转变点的场强相等。由此说明了铁电薄膜极化引起半导体表面的电荷补偿，从而实现极化开关性的存储。通过分析发现，不同的衬底上生长的PZT薄膜的阻变机制是不相同的。在PZT薄膜的制备条件相同的情况下，加入缓冲层纵然弥补了STO衬底不导电的缺陷，但是还存在较大的漏电流，这需要探寻更加优化的薄膜制备条件和测试方案。在NSTO衬底上生长的PZT薄膜结晶性更好，沉积结构简单，简化器件制

7、作步骤，系统表现出良好的双极型阻变开关特性，并且在不同大小的扫描电压下呈现不同的阻变调制效应。关键词：锆钛酸铅，靶材，PZT薄膜，双极型阻变模式IIABSTRACTLead-zirconate-titanate(Pb(ZrxTi1-x)O3,0

8、electric,pyroelectricandpiezoelectricproperties.Thecrystalstructureandelectricalpropertiescanbechangedgreatlybychangingtheratioofdopedzirconiumandtitaniumordopingsomeotherelements.