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BST薄膜漏电流与软击穿特性研究

作　者: 何小祥
导　师: 张万里
学　校: 电子科技大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: PTCR BST薄膜漏电流软击穿
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

BST薄膜具有高介电系数、低漏电流密度、居里温度可调以及优异的热释电性能等优点,可被广泛应用于非制冷红外探测器、动态随机存储器、高介电常数电容器、介质移相器等电子信息领域。在应用中,BST薄膜的漏电流是要重点考虑的电性能参数之一,因此对BST薄膜漏电特性的研究尤为重要。本论文采用射频溅射制备BST薄膜,系统研究了BST薄膜的漏电流特性、软击穿过程,揭示了限流机制和软击穿机理。首先,研究在正反偏压下BST薄膜漏电流的J—V和J—T特性。反偏压时,上电极Pt和BST薄膜形成肖特基接触,漏电流遵循肖特基发射机制。正偏压时,BST薄膜和下电极Pt界面存在大量的界面态,使得漏电流遵循空间电荷限制电流(SCLC)机制,漏电流密度随偏压的增加而急剧增加,随测试温度的增加而减小产生了PTCR效应。其次,研究了BST薄膜的软击穿特性。软击穿过程是氧空位俘获电子、降低势垒的过程。具体表现为软击穿之前漏电流机制为Pt/BST界面肖特基势垒限流,发生软击穿之后、硬击穿之前晶粒间双肖特基限流,此后,随着氧空位俘获电子进一步增加,薄膜两极之间形成永久通道发生硬击穿。软击穿发生后一定时间内,BST薄膜可以恢复,但是软击穿发生后持续时间越长,恢复的情况越差,薄膜损坏越严重。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章概述  8-15
  1.1 热释电效应  8-9
  1.2 BST薄膜的结构及应用  9-11
    1.2.1 BST薄膜基本结构  9-10
    1.2.2 BST薄膜的应用  10-11
  1.3 BST薄膜漏电流研究意义及现状  11-12
    1.3.1 漏电流的研究意义  11-12
    1.3.2 漏电流的研究现状  12
  1.4 BST薄膜软击穿研究意义及现状  12-14
    1.4.1 软击穿研究的意义  12-13
    1.4.2 软击穿研究现状  13-14
  1.5 本论文的主要内容  14-15
第二章理论基础  15-25
  2.1 固体中的电输运理论  15-22
    2.1.1 载流子从接触处穿过势垒的注入  15-18
    2.1.2 直接隧穿  18
    2.1.3 空间电荷限制电流  18-22
  2.2 软击穿理论  22-25
    2.2.1 热化学击穿模型  22-23
    2.2.2 电子俘获模型  23
    2.2.3 空穴注入模型  23-24
    2.2.4 逾渗模型  24
    2.2.5 阳极模型和临界缺陷模型  24-25
第三章实验方法  25-32
  3.1 BST薄膜的制备  25-29
    3.1.1 BST薄膜的制备方法  25-26
    3.1.2 BST薄膜的RF溅射  26-28
    3.1.3 BST薄膜上电极的制备  28-29
  3.2 BST薄膜漏电流测试  29-32
    3.2.1 测试系统简介  29-30
    3.2.2 BST薄膜漏电流及软击穿测试  30-32
第四章 BST漏电流特性研究  32-41
  4.1 漏电流特性分析  32-38
    4.1.1 正偏压下的J—V特性  32-36
    4.1.2 负偏压下的J—V特性  36-38
  4.2 PTCR效应分析  38-40
  4.3 结论  40-41
第五章 BST薄膜软击穿研究  41-51
  5.1 BST薄膜软击穿和硬击穿现象  41-42
  5.2 BST薄膜软击穿研究  42-48
    5.2.1 BST薄膜软击穿前的导电机理  42-44
    5.2.2 BST薄膜软击穿对漏电流的影响  44-45
    5.2.3 软击穿的过程  45-47
    5.2.4 软击穿的恢复  47-48
  5.3 软击穿对BST薄膜介电性能的影响  48-50
    5.3.1 软击穿对电容的影响  48-49
    5.3.2 软击穿对损耗的影响  49-50
  5.4 结论  50-51
第六章结论  51-52
致谢  52-53
参考文献  53-57
攻读硕士学位期间取得的研究成果  57

BST薄膜漏电流与软击穿特性研究

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