导电氧化物SrRuO3薄膜的生长与铁电集成性分析

《导电氧化物SrRuO3薄膜的生长与铁电集成性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要摘要铁电薄膜由于具有一系列重要的特性而应用广泛，目前铁电薄膜在其各种功能器件的应用中电极材料主要是Pt等贵金属。由于金属电极与铁电材料在结构上不匹配，难以在电极上生长外延铁电薄膜，而且金属电极存在易氧化，附着能力差，与薄膜之间互扩散严重等缺点，因此人们开始研究与铁电薄膜具有相近结构，且化学和热稳定性较好的导电金属氧化物。具有金属导电性的钙钛矿结构氧化物SrRuO3(简称SRO)由于其优良的电学和磁学性能而备受关注。SRO的室温电阻率为280µΩ.cm,具有高电导率、高化学稳定性和热稳定性，与目前广泛研究的铁电薄膜(BST、PZT)具有类似的晶格结构和良好的晶格匹

2、配性，是铁电薄膜器件理想的电极材料之一。因此我们开展了SRO薄膜的制备及其与铁电薄膜集成的研究。首先，利用脉冲激光沉积法（PLD）分别在STO、LAO、MgO基片上制备SRO薄膜，研究了生长温度、氧分压、激光能量密度等工艺参数对SRO薄膜的晶相结构、表面形貌、电阻率的影响。在优化的工艺参数下，在MgO基片上制备了外延SRO薄膜，薄膜面外为(110)和（001）取向，面内分别也各有两种取向，形成X、Y、Z、Z’型畴并存的多畴结构，SRO/MgO外延薄膜具有良好的导电性，是良好的薄膜电极材料。其次，分别用PLD法在SRO/STO和SRO/MgO底电极上制备了BTO外延薄

3、膜，在SRO/STO上制备的BTO薄膜为c轴取向，铁电性较强，测得其剩余极化2值2Pr=7.3μC/cm，并用PFM能观察到明显的电畴。而在SRO/MgO上制备的BTO薄膜为a轴取向和c轴取向并存的结构，铁电性较弱。用溅射法在SRO/MgO底电极上制备了外延BST薄膜，在测试频率为100KHz，无外加偏压时，在700℃制备的SRO薄膜电极上的BST薄膜的介电常数为270,损耗约为5%。最后，用PLD法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备SRO薄膜，研究了激光能量密度和沉积温度对SRO薄膜表面形貌和微结构的影响。结果表明，激光能量密度过低时（小于130mj/Puls

4、e），得到的是非晶薄膜，增大激光能量密度，得到（200）择优取向的多晶薄膜。用溅射法在SRO/Pt复合电极上制备的BST薄膜为多晶结构。在测试频率为100KHz，无外加偏压时，在700℃制备的SRO薄膜电极上的BST薄膜的介电常数为1030,损耗小于3%。关键词：SRO，BST，脉冲激光沉积（PLD），薄膜IABSTRACTABSTRACTFerroelectricthinfilmshavebeenusedinalotofdevicesduetotheirimportantcharacteristics.Theelectrodeofferroelectricthin

5、filmdevicesmostlyusepreciousmetalssuchasPt.Epitaxialferroelectricthinfilmcannotbeobtainedonmetalelectrodebecauseoflatticemismatch.Besides,metalelectrodehavemanyotherdisadvantages.ConductivemetallicoxideSrRuO3(SRO)havereceivedcontinuousattentionduetoitsinterestingelectricalandmagneticpr

6、operties.SROisanidealbottomelectrodeindevicesincorporatingorientedferroelectricfilmsduetoitsoutstandingthermalconductivityandstability,highresistancetochemicalerosion,andgoodcompatibilityinstructurewithperovskitetypeferroelectricmaterials.Inthispaper,thegrowthofSROthinfilmsondifferents

7、ubstratesandtheintegrationofferroelectricthinfilmswithSROelectrodeshavebeensystematicallystudied.Firstly,SROfilmsweredepositedonSrTiO3(STO),LaAlO3(LAO),MgOsubstratesbypulselaserdeposition(PLD).Theeffectofgrowthtemperature、oxygenpressureandpulselaserenergyintensityoncrystalstructure、s