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含Ni-Al薄膜的硅基铁电电容器研究

作　者: 武德起
导　师: 刘保亭
学　校: 河北大学
专　业: 光学
关键词: 磁控溅射铁电存储器 Ni-Al导电阻挡层 LNO/STO异质结反射式高能电子衍射仪(RHEED)
分类号: O484.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

采用磁控溅射技术(magnetron sputtering)在Si基片上沉积了抗氧化的Ni-Al薄膜,构建了具有Pt/ LNO /PZT/LNO/STO、Pt/PZT/LNO/SiO2/Si和Pt/PZT/LNO/Ni-Al/Si结构的铁电电容器。利用X射线衍射仪(XRD)、反射式高能电子衍射仪(RHEED)、原子力显微镜(AFM)、四探针测试仪(four-probe measurement)、铁电测试仪(Precision LC unit)对薄膜样品的结构、表面形貌、输运性能以及铁电电容器的铁电性能进行了研究。实验探索了Ni-Al材料作为PZT铁电存储器导电阻挡层的可能性,结果表明:所制备的Ni-Al薄膜具有抗氧化能力,薄膜表面致密、平滑、电阻率小(2ⅹ10-6?m);以Ni-Al薄膜为基础构建的Pt/PZT/LNO/Ni-Al/Si铁电电容器,在5V电压下,剩余极化强度达到20.6μC/cm2,矫顽电压为1.9V。实验研究了不同生长温度及不同沉积功率条件下制备的LaNiO3薄膜底电极对PZT铁电性能的影响。实验发现沉积温度对LaNiO3薄膜的微结构和物理性能有着重要的影响。LaNiO3薄膜的颗粒尺寸随生长温度的升高而变大,而LNO薄膜的电阻率随温度的升高先快速变小,后缓慢变大,温度在250℃对应的薄膜电阻率最小。RHEED图样显示在250℃～400℃的沉积温度范围内都能得到理想的外延LaNiO3薄膜。实验发现LNO薄膜生长温度越高,对应电容器的铁电性能越好。在5V的电压作用下,对应于250℃、350℃和400℃的LNO底电极制备的PZT电容器净极化强度分别为61μC/cm2、80μC/cm2和87μC/cm2。AFM观察表明:不同沉积功率条件下制备的LaNiO3薄膜表面都是致密、平滑的,11W功率生长的LNO薄膜表面结构不明显,随着功率的增加,LaNiO3薄膜表面结构变得越来越明显;LNO薄膜的电阻率随沉积功率的增大而减小。实验发现LNO薄膜沉积功率的变化对电容器的影响不明显。

含Ni-Al薄膜的硅基铁电电容器研究

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