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钛锆酸铅和聚偏氟乙烯共聚物铁电薄膜的制备工艺与电学表征

作　者: 马镇
导　师: 江安全
学　校: 复旦大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: PZT P(VDF-TrFE) 制备工艺 PZT/氧化铝双层膜 PSSH SPM
分类号: TM221
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

铁电薄膜有着非常广泛的应用,利用铁电薄膜的自发极化取向随外场的方向而发生的变化以及在外场撤去之后的极化保持特性能,可应用于非挥发存储领域,如铁电非挥发薄膜随机存储器件。首先本文讨论了溶胶凝胶制备钛锆酸铅(PZT)薄膜的工艺,对工艺步骤做出了优化处理,快捷简便地制出高质量的铁电薄膜材料。对制作的PZT薄膜进行了电滞回线、极化保持性能,疲劳等电学性能的测试。通过实验,得出了电畴翻转电流的变化趋势,其中PZT膜的电畴的翻转时间可长达0.2-0.3ms。利用ALD技术在Pt/SiO2/Si衬底上生长了一层A12O3高介电质常数介质材料,并在上面利用溶胶-凝胶法制备了PZT铁电薄膜。在对PZT/Al2O3双层膜的电学性能测试中,发现了高k介质层对PZT薄膜的疲劳、保持特性等都有所改进。通过对双层膜电滞回线和XRD衍射峰的分析,确认了Al2O3对PZT晶体生长的促进作用。偏氟乙烯聚合物(P(VDF-TrFE))是一种应用十分广泛的有机铁电材料。本文采用溶液匀胶法制备了P(VDF-TrFE)(70:30)薄膜。对其制备工艺进行了研究。通过XRD图,确定其晶相,之后测试了薄膜的电滞回线、疲劳、保持、电容-电压(C-V)特性。通过对不同电极薄膜的电滞回线的对比,发现电极与薄膜之间形成了一层界面层,该界面层对薄膜的铁电性能产生了负面的影响。本文通过引入PSSH有机膜作为缓冲层,将电极和铁电层隔开,使得电极与薄膜不能直接接触,抑制了界面反应,改善了P(VDF-TrFE)膜的疲劳及保持特性。我们还通过SPM技术测量了P(VDF-TrFE)膜的压电特性。测量了退火前后的薄膜表面形貌的差别。通过压电回线研究了P(VDF-TrFE)单畴翻转的过程,并解释了通过压电回线所得到的矫顽场低于宏观电学测量的矫顽场的原因。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
第一章引言  6-12
  1.1 铁电材料概述  6
  1.2 铁电材料的发展  6-8
  1.3 无机铁电材料  8-9
  1.4 有机铁电聚合物材料  9-11
  1.5 本论文研究的背景意义  11-12
第二章常见铁电薄膜分析方法  12-22
  2.1 X射线衍射分析  12-14
  2.2 扫描探针显微技术(SPM)  14-18
  2.3 铁电性能的电学表征  18-22
第三章铁电材料的制备方法  22-32
  3.1 溅射镀膜法  23
  3.2 金属有机化合物气相沉积(MOCVD)  23-24
  3.3 金属有机热化合物热分解法(MOD)  24-25
  3.4 脉冲激光沉积法  25
  3.5 溶胶-凝胶法  25-27
  3.6 聚偏氟乙烯聚合物制备方法  27-32
第四章锆钛酸铅薄膜制备工艺及表征  32-47
  4.1 引言  32
  4.2 锆钛酸铅薄膜制备工艺  32-36
  4.3 PZT薄膜性能分析  36-41
  4.4 PZT/Al_2O_3双层膜性能分析  41-46
  4.5 本章总结  46-47
第五章聚偏氟乙烯共聚物薄膜制备与表征  47-56
  5.1 薄膜制备  47
  5.2 XRD相分析  47-48
  5.3 不同工艺条件对膜的影响  48-51
  5.4 保持特性  51
  5.5 C-V特性  51-52
  5.6 薄膜的SPM技术分析  52-54
  5.7 本章总结  54-56
第六章全文总结  56-57
参考文献  57-59
致谢  59-60

钛锆酸铅和聚偏氟乙烯共聚物铁电薄膜的制备工艺与电学表征

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