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外延LSCO/PZT/LSCO铁电薄膜电容器的结构和性能

作　者: 陈江恩
导　师: 刘保亭
学　校: 河北大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: Pb(Zr0.4Ti0.6)O3电容器 外延薄膜 氧空位 退火氧压 疲劳特性
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


缺陷化学对钙钛矿氧化物的结构和性能有很大的影响,氧化物薄膜在缺氧环境中退火,薄膜中会产生大量的氧空位等缺陷结构。本文制备了外延的钙钛矿氧化物LaNiO3、La0.5Sr0.5CoO3和Pb(Zr0.4Ti0.6)O3薄膜,重点研究了退火氧压对薄膜结构和性质的影响。1.采用磁控溅射法和脉冲激光沉积法在SrTiO3(001)衬底上制备了La0.5Sr0.5CoO3(70 nm)/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(70 nm)/La0.5Sr0.5CoO3(70 nm) (LSCO/PZT/LSCO)铁电电容器异质结。X射线衍射结果表明LSCO薄膜和PZT薄膜均为外延结构。在5 V的外加电压下, LSCO/PZT/LSCO电容器具有较低的矫顽电压(0.49 V),较高的剩余极化强度(41.7μC/cm2 )和较低的漏电流密度(1.97×10-5 A/cm2),LSCO/PZT/LSCO电容器的最大介电常数为1073。漏电流的分析表明,当外加电压小于0.6 V时,电容器满足欧姆导电机制;当外加电压大于0.6 V时,符合空间电荷限制电流(SCLC)导电机制。2.采用磁控溅射法在不同的退火氧压下制备了外延的LaNiO3和La0.5Sr0.5CoO3薄膜。实验结果发现,La0.5Sr0.5CoO3薄膜在不同的氧气氛下退火时,薄膜的结构和输运性质都发生了很大的改变。X射线衍射结果显示La0.5Sr0.5CoO3薄膜的(002)峰值发生了偏移,其晶格常数随着退火氧压的减小而增大。四探针测量结果表明La0.5Sr0.5CoO3薄膜电阻率随着退火氧压的减小而增大。AFM图表明退火氧压极大地影响了La0.5Sr0.5CoO3薄膜的表面形貌,颗粒随着退火氧压的减小而减小。然而LaNiO3薄膜的结构和输运性质相比于La0.5Sr0.5CoO3薄膜随退火氧压的减小变化不大。3.采用脉冲激光沉积法和磁控溅射法制备了外延的Pb(Zr0.4Ti0.6)O3/La0.5Sr0.5CoO3/SrTiO3异质结,构架了Pt/LSCO/PZT/LSCO/STO电容器,研究了La0.5Sr0.5CoO3底电极退火氧压对Pb(Zr0.4Ti0.6)O3电容器结构和性能的影响。实验结果表明,Pb(Zr0.4Ti0.6)O3电容器极化强度随La0.5Sr0.5CoO3底电极退火氧压的减小而减小。X射线衍射的研究进一步发现PZT极化强度和晶格常数变化关系满足理论公式:Ps2∝(c/a-1)。疲劳测试结果表明,由于氧空位的影响,随着La0.5Sr0.5CoO3底电极退火氧压的减小,电容器的疲劳特性越来越严重。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 引言  10-19
  1.1 铁电材料的物性及结构  10-12
  1.2 外延Pb(Zr,Ti)O_3 薄膜的研究  12-15
    1.2.1 制备外延Pb(Zr,Ti)O_3 薄膜的重要性  12-13
    1.2.2 影响外延薄膜制备的因素  13-15
    1.2.3 外延Pb(Zr,Ti)O_3 薄膜目前面临的主要问题  15
  1.3 钙钛矿氧化物中的缺陷化学及其影响  15-18
    1.3.1 (La,Sr)C0O_3 电极中的缺陷化学  16
    1.3.2 Pb(Zr,Ti)O_3 中的缺陷化学  16-18
  1.4 本论文的主要内容及意义  18-19
第2章 外延LSCO/PZT/LSCO 异质结的制备及性能研究  19-34
  2.1 外延PZT/LSCO/STO 异质结的制备  19-23
    2.1.1 磁控溅射法(magnetron sputtering)  19-21
    2.1.2 脉冲激光沉积法(PLD)  21-22
    2.1.3 实验过程  22-23
  2.2 结构与性能测试方法  23-27
    2.2.1 X 射线衍射(XRD)  23-24
    2.2.2 反射式高能电子衍射(RHEED)  24
    2.2.3 原子力显微镜(AFM)  24-25
    2.2.4 四探针电阻测试仪(FFP)  25-26
    2.2.5 铁电性能测试  26-27
  2.3 结果与讨论  27-33
  2.4 小结  33-34
第3章 退火氧压对LNO 和LSCO 薄膜结构和输运性质的影响  34-45
  3.1 退火氧压对LNO 薄膜结构和输运性质的影响  34-38
    3.1.1 实验  34
    3.1.2 结果与讨论  34-38
  3.2 退火氧压对LSCO 薄膜结构和输运性质的影响  38-43
    3.2.1 实验  38
    3.2.2 结果与讨论  38-43
  3.3 小结  43-45
第4章 LSCO 底电极退火氧压对LSCO/PZT/LSCO 结构和性能的影响  45-53
  4.1 实验  45-46
  4.2 结果与讨论  46-52
  4.3 小结  52-53
结束语  53-55
参考文献  55-62
致谢  62-63
攻读硕士期间发表的学术论文  63

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电器 > 电容器
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