铁电薄膜的制备说课材料.ppt

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1、铁电薄膜的制备铁电薄膜本身的失效问题（如疲劳，老化、印记失效等）限制了铁电薄膜的广泛应用铁电薄膜表面及铁电薄膜异质结界面还不能完全人为控制123制备、加工温度较高铁电材料的应用虽然有关铁电薄膜制备及应用的研究取得了很大的进步，但是还有许多问题仍未得到有效解决，主要表现在:制膜方法溅射法铁电薄膜的制备方法溶胶-凝胶法脉冲激光沉积法化学溶液沉积法金属有机化学气相法分子束外延法溅射技术溅射技术在20世纪40年代作为一种镀膜方法开始得到应用和发展，60年代以后随着半导体工业的迅速崛起，这种技术被用于沉积集成电路中晶体管的金属电极层，80年代以后得到了迅速发展。

2、目前，磁控溅射技术已相对成熟，广泛应用于微电子、光电、材料表面处理等领域。溅射法是一种比较成熟的薄膜制备技术，这种方法是利用电场作用下高速运动的离子轰击靶材，将靶上轰击下来的原子或离子团沉积在衬底上形成薄膜。溅射法的优点：由于溅射物流具有高达10几至几10ev的能量，在衬底表而能维持较高的表而迁移率，其制备的薄膜结晶性能较好，在适当的溅射参数下可获得单晶薄膜;成膜所需衬底温度较低；与集成工艺的兼容性较好；适用于多种铁电薄膜的制备；制备的铁电薄膜具有较好的铁电性等。缺点：工艺的重复性，稳定性不好；生长速度慢，溅射时不同材料的溅射率不同，所获薄膜的组份比与

3、靶材有一定差异，膜的微结构与组分均匀性均有待改善，技术上难以实现大而积衬底上生长高质量的铁电薄膜。脉冲激光沉积脉冲激光沉积是指将脉冲激光器所产程的高功率脉冲激光聚焦作用于靶材表面，由于高温和烧蚀而产生高温高压等离子体(Ｔ>104K)，然后等离子体定向局域膨胀在基片上沉积而形成薄膜。脉冲激光沉积法的优点：用其制备的薄膜，其成分几乎与靶材相同，特别适用于制备含有多种挥发成分的薄膜。这种方法沉积速率高，常常可以获得外延膜。为了使薄膜具有较好的电学、光学特性，一般需要较高的衬底温度和一定的氧分压。沉积好的薄膜一般不需要退火处理，但沉积好薄膜后，当系统冷却时，应

4、增加氧分压，以减少氧空位，确保薄膜质量，对于某些材料而言，也可以选择较低的衬底温度。缺点：这种方法难于获得高质量的大面积铁电薄膜，而且它的工作条件要求过高，需要高真空腔、激光器、真空泵等相应的设备。所以制备出来的器件花费过高，制约了其商业应用。分子束外延该法的主要优点是：(1)真空度高，残余气体污染很少，生长速率可以很低分子束外延是一种特殊的蒸发技术，成膜材料以分子束方式在严格可控制条件下和超高真空条件下在衬底表面生长出原子级厚度和平整度的外延薄膜，而且膜厚，组分，掺杂等均可精确控制。因此适合生长优质单晶（极薄）及超晶格薄膜。，精确控制可获得原子级厚度

5、与平整度的外延层；(2)衬底温度可降低，减少生长应力，杂质扩散弱，因此外延层界面十分清晰；(3)生长过程是动力学过程，而不是热力学过程；(4)分子束激光源与衬底相距甚远，适合安装表面分析仪器对薄膜生长过程“实时”观察分子束外延是一种特殊的蒸发技术，成膜材料以分子束方式在严格可控制条件下和超高真空条件下在衬底表面生长出原子级厚度和平整度的外延薄膜，而且膜厚，组分，掺杂等均可精确控制。因此适合生长优质单晶（极薄）及超晶格薄膜。溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是60年代发展起来的一种以薄膜或陶瓷组分的醇盐为主要原料来制备玻璃、陶瓷以及薄膜等功能材料的新工艺。因为它不

6、需要任何真空条件和太高的温度就可以制备出性能优良的薄膜，因而在薄膜制备技术上被广泛应用。该法是将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化再将凝胶经过热处理去除有成分。溶胶-凝胶法已被广泛用于制备BaTiO3、PbTiO3、(Pb,Zr)TiO3、(Ba,Sr)TiO3、Ba(Zr,Ti)O3等铁电薄膜材料。其比较显著的优点是工艺过程温度低,而且可严格控制生成物的成分并且工艺纯度高。缺点是薄膜易出现龟裂现象，工艺参数难以控制以及原料较贵且容易污染环境。MOCVD该法的优点是：能够精确控制薄膜的组分和厚度；衬底温度低、沉积速率快、薄膜均匀性

7、、重复性好；可制备大面积薄膜，适合大批量生产。其缺点是：不易获得原材料，且设备昂贵。金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法是将反应气体(N2或Ar等)和气化的金属有机物通入反应室，经过热分解沉积在加热的衬底上而形成薄膜。这种方法自上世纪60年代被首次用于化合物半导体薄膜单晶的制备以来，现已被广泛用于超导薄膜和铁电薄膜的制备。金属有机物分解法金属有机物分解法是一种很方便的薄膜制备技术，和溶胶-凝胶法一样无需任何真空环境。把金属有机物按一定的化学计量比混合在适当的溶剂中配成均匀溶液，然后沉积在衬底上产生湿膜，加热除去易挥发的溶剂，在加热分解有机物则得到所需

8、薄膜。金属有机物分解法具有下述显著优点：(l)各成分可达分子级混合，非常均匀，这种高度混合使得