铁电薄膜及其制备技术.pdf

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1、第21卷第2期桂林电子工业学院学报Vol.219No.22OO1年6月JOURNALOFGUILININSTITUTEOFELECTRONICTECHNOLOGYJn.2OO1铁电薄膜及其制备技术9王华(桂林电子工业学院通信与信息工程系9广西桂林541OO4)摘要:具有铁电性且厚度尺寸为数十纳米到数微米的铁电薄膜具有良好的压电性热释电性电光及非线性光学特性9在微电子学光电子学集成光学和微电子机械系统等领域有着广泛的应用前景9是目前国际上新型功能材料研究的热点之一通过综述铁电薄膜及其制备技术研究的新进展9给大家介绍铁电薄膜材料的基本特征性

2、能及应用9并重点分析铁电薄膜主要制备技术的优缺点9指出了目前铁电薄膜及其制备技术研究需要重点解决的一些问题关键词:铁电薄膜;制备技术;溅射;脉冲激光沉积;溶胶-凝胶;金属有机物化学气相淀积中图分类号:0485文献标识码:A文章编号:1OO1-7437(2OO1)O2-47-O5引言学研究中最活跃的领域之一9亦已成为信息科学技术中的研究内容之一9受到了材料物理凝聚态物理陶自从192O年法国科学家Valasek发现罗息盐瓷学微电子学集成光学和信息科学等领域中众多学者的关注[192](NaKC4~4064~20)在电场的作用下具有类似于铁磁性'

3、的性质9导致铁电体'及铁电性'概念的出现从这以后9人们对电介质材料的研究进入了一个1铁电薄膜材料的特征性能及应用新的领域9并逐步发展成一重要的物理学分支铁电物理学铁电材料是指在一定温度范围内具有两个或多由于铁电体特殊的介电电光声光光折变非个可能的自发极化取向9在外电场的作用下其极化取线性光学热释电和压电性能9是一种极具商业应用向可以改变9并且其电极化强度与外电场之间具有电前景的材料9因此铁电体的应用很早就引起了物理学滞回线(hysteresisloop)关系[3]的材料铁电材料之界和材料科学界的注意二十世纪五十年代就曾掀起所以存在自发

4、极化9根本在于其特殊的晶体点阵结过对铁电体应用研究的高潮七十年代以来9由于对构在32个晶体学点群中9存在1O个特殊的点群铁电体认识的深入9人工铁电材料种类的扩大9微电极性点群(polarpointgrop):1(C1)92(C2)9m子集成技术的进步9特别是随着铁电薄膜制备技术的(C3)9mm2(C2V)93(C3)93m(C3V)94(C4)94mm(C4V)9一系列突破9成功地制备出性能优良的铁电薄膜9工6(C6)和6mm(C6V)9在具有这些点群结构的晶体中9作电压可在3-5V9可与Si或GaAs电路集成9铁电存在一个特殊极性方向9每个晶胞

5、中原子的正负电荷薄膜制备工艺与IC工艺兼容成为可能9极大地促进重心沿该方向发生相对位移9形成电偶极矩9这就是了铁电薄膜的制备与器件应用研究的发展9使之在微自发极化[4]电子学光电子学集成光学和微电子机械系统等领晶体出现自发极化时9伴随着极化所产生的退极域有着广泛的应用前景9成为国际上新型功能材料研化场和应变9会使系统能量增加为降低系统能量9晶究的热点之一目前9由铁电薄膜与Si半导体集成技体将分成若干小的区域电畴9使静电能和应变能术相结合而发展起来的集成铁电学(Integratedfer-降低9同时引进畴壁能每个电畴内部的电偶极矩沿roelec

6、trics)及相关集成铁电器件的研究9已成为铁电同一方向排列9但各个畴的电偶极矩的方向不同畴9收稿日期:2OO1-O3-O7作者简介:王华(1965-)9男(侗族)9贵州凯里人9桂林电子工业学院通信与信息工程系讲师9华中科技大学在读博士9目前主要从事铁电材料及存储器件的研究.48桂林电子工业学院学报Z001年6月壁的运动会造成极化的变化利用特殊的显微装置可艺2以观察到晶体中的电畴结构[6[8-11Z.1溅射法晶体的铁电性一般只存在于一定的温度范围内当超过某一温度时铁电体转变为顺电体自发极化它是利用高能离子轰击靶材形成溅射物流在衬消失这一转变称为铁

7、电相变该相变温度称为居里底表面沉积形成薄膜如图Z所示这是一种较为成点[7熟的技术适应性强是较早用于钛酸盐系铋系铁电铁电晶体属于介质晶体压电晶体和热释电晶体薄膜的制备的方法之一目前已广泛用于多种铁电薄的一个亚族所以铁电晶体除铁电性外必然具有介膜材料的制备由于溅射物流具有高达十几至几十电电压电和热释电性质透光性的铁电体还具有电光子伏特的能量在衬底表面能维持较高的表面迁移性质率其优点是2D制备的薄膜结晶性能较好在适当具有铁电性且厚度尺寸为数十纳米到数微米的的溅射参数下可获得单晶薄膜;@成膜所需衬底温铁电薄膜同样具有良好的介电电光声光光折变度较低;与集成

8、工艺的兼容性较好;G适用于多非线性光学热释电和压电性能正在被应用于铁电种铁电薄膜的制备;制备的铁电薄膜不需或只需随机存取存储器铁电动态随