导读:本文包含了集成铁电薄膜论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:铌镁钛酸铅薄膜,氮化镓,外延集成,高电子迁移率晶体管
集成铁电薄膜论文文献综述
徐小科[1]（2018）在《铁电-GaN半导体薄膜外延集成及器件研究》一文中研究指出铁电薄膜与宽禁带半导体的集成是面向功率电子、智能传感等新兴高技术产业应用的关键技术。在氮化镓基高电子迁移率晶体管器件的研究中,以铁电栅极替代传统氧化物介电栅极,利用铁电薄膜的铁电极化效应增强栅极控制,有望实现高电子迁移率晶体管由耗尽型向增强型的转变,大大提升器件的实用性。然而通常为钙钛矿结构的铁电材料与六方相的氮化镓存在巨大的晶格失配,在氮化镓基衬底上沉积高质量外延铁电薄膜十分困难。本文在宽禁带半导体GaN衬底表面外延生长PMN-PT铁电薄膜,通过深入研究外延生长机理与界面晶格匹配机制,实现PMN-PT铁电薄膜与GaN基半导体之间的高质量外延集成,并结合研究中出现的电极不对称问题,提出了用ZnO基导电薄膜替代传统金属电极的解决方案。本文所得的主要结论如下:(1)利用脉冲激光沉积法在无缓冲层的情况下实现了PMN-PT(111)薄膜在GaN(0002)衬底上的直接外延生长,其面内外延关系为(111)×[-211]PMN-PT//(0002)×[11-20]GaN;(2)通过分析PMN-PT薄膜与GaN的外延关系,建立了二者之间的域外延匹配模型,阐释了PMN-PT(111)薄膜在GaN(0002)衬底上的外延生长机理;(3)所得PMN-PT薄膜具有铁电性,剩余极化强度可达18.1μC/cm~2,可进一步用于增强型HEMT器件开发;(4)ZnO具有与GaN相同的结构、导电类型和相近的晶格参数,ZnO基导电氧化物薄膜,可用于GaN基HEMT器件研发过程中的测试电极,有望解决采用普通金属电极时产生的电极不对称等问题。本论文的研究工作为进一步实现增强型GaN基高电子迁移率晶体管器件奠定了基础,对于铁电薄膜和GaN半导体结合的集成铁电器件的实用化,促进电子系统的多功能集成应用具有重要的意义。(本文来源于《上海应用技术大学》期刊2018-05-24）
刘梦琳[2]（2017）在《BiFeO_3/BaTiO_3双层铁电薄膜及其在硅上的集成》一文中研究指出作为一种相当重要的电子功能材料,铁电材料一般都具有铁电性、压电性以及介电性等特征。铁酸铋及钛酸钡都是铁电薄膜材料中的研究重点,BaTiO_3是一种电介质材料,其介电常数较高、介电损耗较小且具有良好的铁电性,但其自发极化较小,是储能电容器的理想材料之一;BiFeO_3材料的自发极化较大,是室温下少有的单相多铁性材料之一,但其介电常数及电阻率均较低。我们将BiFeO_3及 BaTiO_3两种材料通过双层的形式进行整合,利用双层薄膜间的极化耦合及BaTiO_3层与底电极形成的空间电荷层,使材料间的特性"优势互补",得到高耐压、细长型的电滞回线,增加薄膜的理论储能密度及介电等性能。目前,在性能良好的BiFeO_3及BaTiO_3薄膜制备工艺中,一般需要的温度较高(大于500℃)或者涉及退火等工艺,这与CMOS集成工艺不兼容。因此,在硅基片上实现双层薄膜的原位中低温制备(500℃以下)具有重要的应用价值。本文采用磁控溅射技术,结合材料的性能及课题组前期工作,首先设计了BiFeO_3/BaTiO_3/SrRuO_3/SrTiO_3异质结构,通过调控双层薄膜的厚度比例及总厚度,得到了具有优异储能特性的薄膜。在此基础上,为实现与CMOS工艺的兼容,我们将基底材料换成硅,在中低温(500℃、450℃、400℃、375℃、350℃)下制备出具有良好铁电性及介电性能的薄膜。本文主要研究了一下几个方面的内容:1、BiFeO_3/BaTiO_3/SrRuO_3/SrTiO_3异质结构的电学及储能性能研究(1)控制薄膜的总厚度300nm不变,研究双层薄膜的厚度比例对薄膜的电学性能的影响。薄膜中两层的厚度比例对电滞回线的形状影响十分明显,BaTiO_3层占比的减少使回线形状更为细长,有利于储能密度的增加。50/250nm的薄膜击穿场强可达3750kV/cm,并具有高达79.45μC/cm2的饱和极化强度,有效储能密度为102J/cm3,效率为74.5%。(2)控制BiFeO_3/BaTiO_3厚度比例为1:1,设定薄膜总厚度分别为300nm、1300nn及2700nn,薄膜的极化强度随厚度的增加而增大,漏电流随厚度增加减小,300nm的薄膜具有最大介电常数;当BiFeO_3/BaTiO_3厚度比例为9:1时,电滞回线呈现出"双回线"的特点,与翻转电流相对应。(3)分别在(100)、(110)及(111)取向的SrTiO_3基片上制备150/150nm的BiFeO_3/BaTiO_3双层薄膜,在SrTiO_3(100)取向的基片上生长的薄膜介电性能最好。2、Si衬底上BiFeO_3/BaTiO_3双层薄膜的中低温制备(1)首先在500℃下,在硅基片上通过加入LaNiO_3缓冲层原位制备出具有优异的铁电及介电性能的BiFeO_3/BaTiO_3双层薄膜。在此基础上,逐渐降低制备温度,分别在450℃、400℃、375℃、350℃下,制备出具有良好的结晶性,且铁电及介电性能良好的薄膜。(2)选取(100)及(111)取向的SiO2/Si基片,加入LaNiO_3缓冲层,在500℃下制备BiFeO_3/BaTiO_3双层薄膜,并研究其电学性能。生长在Si(100)基底上的双层薄膜电滞回线形状更好,耐压性较好,介电性能也更优异。(本文来源于《山东大学》期刊2017-05-21）
雷洪[3]（2016）在《基于反铁电薄膜的双稳态MEMS面内驱动器集成技术研究》一文中研究指出在电场作用下,反铁电薄膜内部晶格发生相变,导致薄膜的体积变化,从而产生较大的非线性双稳态形变,并且相变时间很短。基于反铁电薄膜相变的响应速度快和非线性双稳态应变特性,结合微机电系统(MEMS)加工工艺,可实现反铁电薄膜与硅微器件的技术集成制造,将在大位移、快速响应和双稳态MEMS开关和数字位移型双稳态MEMS驱动器等领域具有应用前景。本论文运用溶胶.凝胶法(Sol-Gel)完成了(Pb0.97La0.02)(Zr0.9Sn0.05Ti0.05)O3 (PLZST)反铁电薄膜的制备,对其微结构进行了表征,并研究了它的相变行为和性能,然后结合MEMS技术设计并完成了反铁电式双稳态MEMS面内驱动器的集成制作,研究分析了该驱动器的运动性能。首先采用磁控溅射法在Si基底上制备了LaNiO3 (LNO)薄膜下电极,电学测试结果表明,LNO薄膜电阻率约为2mΩ·cm,电学性能良好,适合作为电极材料。然后利用溶胶-凝胶法在LNO/Si基底上制备PLZST反铁电薄膜,X射线衍射(XRD)表征结果显示PLZST反铁电薄膜呈钙钛矿相结构,扫描电子显微镜(SEM)观察结果显示PLZST反铁电薄膜表面平整,致密无裂纹。反铁电性能测试结果显示,反铁电薄膜的电场诱导极化曲线均呈双电滞回线,反铁电性能良好。通过溶胶-凝胶法在LNO/Si基底上制备了不同厚度的PLZST反铁电薄膜,所有薄膜均呈(120)的钙铁矿相,随着薄膜厚度的增加,剩余极化强度和介电常数均减小而电荷能量存储密度却增加这表明所有薄膜中同时存在反铁电相和铁电相,且随着厚度的增加,反铁电相逐渐增加而铁电相减少,这是由LNO薄膜约束引起的内在应力释放引起的。结合MEMS加工工艺,研究了PLZST/LNO薄膜的图形化技术,最终完成了反铁电薄膜MEMS驱动器的制作。最后,通过激光多普勒测速和频闪测速技术,测试分析了PLZST反铁电薄膜和PNZT铁电薄膜驱动的MEMS驱动器面外和面内运动情况,实现了具有阶跃性质的电压驱动的非线性双稳态面内位移和线性位移变化。(本文来源于《北方工业大学》期刊2016-06-06）
朱明康[4]（2016）在《SrRuO_3薄膜的取向控制及铁电集成研究》一文中研究指出SrRuO_3(SRO)是4d过渡金属氧化物中唯一既具有铁磁性又具有金属导电特性的物质。因其具有较大的垂直剩余磁化强度、较高的电导率、较好的化学稳定性以及与目前广泛研究的铁电材料(Pb(Zr,Ti)O_3,BaTiO_3)有着良好的晶格匹配,有望在磁性隧道结、磁存储器件、铁电随机存储器(FeRAM)、微电子机械系统(MEMS)等器件中得到应用。目前,SRO多集中在以单晶为衬底的外延薄膜方面,对硅基SRO取向薄膜尤其是其磁学及电输运特性方面的研究较少。本论文针对目前SRO薄膜研究中的不足开展了一系列的研究工作,采用磁控溅射法作为薄膜材料的制备手段,探索了溅射工艺、缓冲层厚度以及衬底应力对SRO薄膜性能的影响,并开展了SRO与PZT铁电薄膜的集成研究,具体研究内容和创新性成果如下:(1)选择半导体集成工艺中广泛使用的Si作为衬底,采用磁控溅射法,通过对溅射温度、溅射气氛等工艺参数的控制,优化了SRO薄膜的溅射工艺。并重点研究了LNO缓冲层厚度对SRO薄膜的微结构、磁学及电输运性能的影响。结果表明,随着LNO厚度的增加,SRO薄膜的取向从(110)取向逐渐转变为(001)取向,并伴随着拉应力的逐渐释放;有LNO缓冲且有着较高取向度的SRO薄膜拥有更为平整的表面,更高的饱和磁化强度和更低的矫顽场。室温下,(110)取向的SRO单层薄膜电极和(001)取向的SRO/LNO_300双层薄膜电极有着良好的导电性,其表面电阻分别0.38Ω/□和0.26Ω/□,适合作为铁电薄膜的底电极。(2)利用优化的薄膜制备工艺,在STO单晶衬底上生长了不同取向的SRO外延薄膜,在硅衬底上生长了不同取向的SRO多晶薄膜。分析了不同基底上SRO薄膜的残余应力状态。研究表明,(001)取向薄膜拥有比(110)薄膜更高的居里温度(TC);压应力提高了(001)取向薄膜的TC,却降低了(110)取向薄膜的TC;拉应力引起了薄膜微结构的无序度增加,弱化了电阻随温度的依赖性,并且伴随着较高的金属绝缘体转变温度TMI。(3)分别在(110)取向的SRO/SiO_2/Si和(001)取向的SRO/LNO/SiO_2/Si衬底上通过磁控溅射法制备了PZT铁电薄膜,并对其结构和电学性能进行了研究。研究表明,PZT/SRO/SiO_2/Si薄膜为随机取向,PZT/SRO/LNO/SiO_2/Si薄膜为(001)/(100)择优取向。两种PZT薄膜的介电常数和介电损耗均具有良好的频率稳定性。当测试频率为1 kHz时,相比于随机取向的PZT薄膜,择优取向的PZT薄膜具有较高的介电常数(682)与较低的损耗(0.06),却具有稍高的漏电流密度。两种薄膜低电场下均为为欧姆传导,高电场下均为为SCLC传导。但是两者的阈值电场(Et)却不同。择优取向的PZT薄膜的剩余极化强度较随机取向的PZT薄膜从31μC/cm2增加至42μC/cm2,提高了35%。具有择优取向的PZT薄膜表现出较好的抗疲劳特性,经107次循环而没有出现疲劳。(本文来源于《上海大学》期刊2016-05-01）
李爱东,朱育平,吴迪,叶宇达,麦炽良[5]（2015）在《X射线衍射在集成铁电学(铁电薄膜)研究中的应用》一文中研究指出铁电薄膜是重要功能材料,它具有压电、铁电、热释电、电光等一系列效应,受到物理学家和材料学家的重视,在微电子学和光电子学领域有着广泛的应用。集成铁电学是目前正在蓬勃发展的领域。本项目致力于将X射线衍射技术运用于一系列以氧化物铁电体为基础的薄膜、多层膜和异质结构的分析,发展出制备一系列铁电取向薄膜的新技术,并通过将其与传统微电子和光电材料集成,利用其新效应制造新(本文来源于《中国分析测试协会科学技术奖发展回顾》期刊2015-07-01）
邓杰[6]（2013）在《LiNbO_3铁电薄膜与GaN半导体的集成生长与性能研究》一文中研究指出电子信息系统的微型化和单片化推动了电子材料的薄膜化发展，将介电功能材料与半导体材料以固态薄膜的形式进行集成，成为近年来研究的热点。多功能介电材料LiNbO_3（LN）与第叁代半导体材料GaN的晶体结构相似，这有利于二者的外延集成，并且，LN较高的自发极化有利于对半导体的输运特性进行调控。本文以LN铁电薄膜与GaN半导体的集成生长及其电学性能的研究为主要内容。针对二者间存在晶格失配，以及GaN的表面性质会在高温和氧气氛围下受到损伤，本文探索了采用自缓冲层诱导LN薄膜的外延生长，并对多种方法制备的LN/GaN集成结构的电性能，包括I-V、C-V和P-E特性，进行了研究。首先，采用PLD法在GaN衬底上优化了制备LN单层薄膜的实验参数，然后采用多种方法制备了LN自缓冲层，并成功诱导了LN薄膜的外延生长。采用XRD、AFM和PFM等表征手段对LN薄膜的微观结构进行了分析，得到如下结论：上述直接生长和自缓冲生长的LN薄膜均为c轴单一取向，且外延关系相同；当自缓冲层厚度为2nm时，其诱导生长的LN薄膜较直接生长时结晶质量更高，薄膜的表面粗糙度及（0006）衍射峰的半高宽均有所降低；室温及高真空条件下沉积并退火的自缓冲层诱导生长的LN薄膜具有最好的结晶质量，并且，薄膜中的+c取向电畴所占比例（约85%）比直接生长时（约70%）更高。其次，对LN/GaN集成结构的电学性能进行了测量。结果表明：自缓冲生长的LN薄膜漏电流获得了降低；由于上、下电极不同，LN薄膜的J-E和P-E特性在正负电场作用下均呈现不对称；优化的自缓冲生长的LN薄膜的剩余极化（Pr）获得了提高，达到1.2μC/cm~2，对应的C-V特性回线具有明显的逆时针窗口特征。与GaN晶体结构相似的ZnO:Al（ZAO）可作为良好的电极材料，因此在蓝宝石衬底上制备了LN/ZAO集成结构，其电学性能测量结果表明：该结构的J-E和P-E特性也具有非对称特征；ZAO/LN/ZAO对称结构表现出良好的绝缘性质和铁电性能，其P-E曲线呈现矩形特征，室温时Pr=1.3μC/cm~2；升高温度使薄膜中的铁电畴可反转性提高，300℃时Pr=3.0μC/cm~2；采用自缓冲层诱导生长的LN薄膜的铁电性能获得了提高，在室温和较低的电场下测得Pr=1.7μC/cm~2。(本文来源于《电子科技大学》期刊2013-03-25）
李言荣,朱俊,罗文博,张万里,刘兴钊[7]（2012）在《GaN基底上集成介电薄膜材料的生长方法研究》一文中研究指出将以极化为特征、具有丰富功能特性的介电氧化物材料通过外延薄膜的方式,在半导体GaN上制备介电氧化物/GaN集成薄膜,其多功能一体化与界面耦合效应可推动电子系统单片集成化的进一步发展。然而,由于2类材料物理、化学性质的巨大差异,在GaN上生长介电薄膜会出现严重的相容性生长问题。采用激光分子束外延技术(LMBE),通过弹性应变的TiO2的缓冲层来减小晶格失配度,降低介电薄膜生长温度,控制界面应变释放而产生的失配位错,提高了介电薄膜外延质量;通过低温外延生长MgO阻挡层,形成稳定的氧化物/GaN界面,阻挡后续高温生长产生的扩散反应;最终采用TiO2/MgO组合缓冲层控制介电/GaN集成薄膜生长取向、界面扩散,降低集成薄膜的界面态密度,保护GaN半导体材料的性能。所建立的界面可控的相容性生长方法,为相关集成器件的研发提供了一条可行的新途径。(本文来源于《中国材料进展》期刊2012年02期）
赵冬月[8]（2011）在《以Ti-Al薄膜为阻挡层的硅基铁电电容器的集成》一文中研究指出在不同氮气和氩气流量比的混合气体下,应用磁控溅射法在Si(001)衬底上制备了Ti-Al(10 nm)和Ti-Al-N(10 nm)薄膜,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、四探针检测仪对Ti-Al和Ti-Al-N薄膜的微结构和阻挡性能进行了表征。实验发现非晶Ti-Al-N薄膜经过750℃的高温处理后仍保持非晶态,各膜层之间没有明显的互扩散和反应,相对于Ti-Al阻挡层材料, N的引入降低了阻挡层材料的吉布斯自由能,增强了阻挡层的高温稳定性,提高了阻挡层的失效温度,证明了具有良好阻挡性能的非晶Ti-Al-N薄膜可以用作Cu互连的阻挡层材料。应用磁控溅射法在Pt衬底上制备5 nm厚非晶Ti-Al薄膜作为缓冲层,利用脉冲激光沉积法制备Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)薄膜,构造了Pt/BST/Pt和Pt/Ti-Al/BST/Ti-Al/Pt电容器,研究了Ti-Al过渡层对Pt/BST/Pt电容器结构及其性能的影响。实验表明,过渡层的引入虽然对BST薄膜的结晶质量没有明显改善,但是它有效地阻止了Pt电极和BST薄膜的互扩散,降低了BST薄膜氧空位的浓度,提高了铁电电容器的介电性能。采用Ti-Al薄膜分别作为扩散阻挡层和抗氧化阻挡层,应用溶胶-凝胶法构架了La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3 (LSCO)/Pb(Zr_(0.4)Ti_(0.6))O_3 (PZT)/La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3 (LSCO)/Ti-Al/Cu/Ti-Al/Si铁电电容器,实现了Cu薄膜与铁电电容器的集成。通过铁电测试仪对LSCO/PZT/LSCO电容器的铁电性能进行了测量。在驱动电压为5 V时,LSCO/PZT/LSCO电容器具有饱和趋势良好的电滞回线、较高的极化强度(23.0μC/cm~2)、较小的矫顽电压(1.6 V)。(本文来源于《河北大学》期刊2011-06-01）
周阳[9]（2011）在《透明ZnO薄膜与铁电薄膜的集成研究》一文中研究指出基于铁电场效应晶体管的铁电随机存储器具有在断电时不会丢失信息、低功耗、非破坏读取、和快速开关等诸多优点。近年来,透明薄膜晶体管的发展是透明电子学的一个重要的研究方向,可以应用在显示器、智能窗、太阳能电池和军事等领域。将具有存储功能和非破坏读取特性的铁电材料和透明导电薄膜结合起来开发新型的透明铁电场效应管是近年来研究的热点。本文首先制备了高质量的氧化锌(ZnO)以及掺铝氧化锌(AZO)薄膜,对其微观结构和光学及电学性能进行了系统的研究;然后研究了工艺参数对Pt/Pb(Zr_(0.4)Ti_(0.6))O_3(PZT)/Pt和Pt/BiFe_(0.95)Mn_(0.05)O_3(BFMO)/Pt两种铁电电容器微观结构和电学性能的影响;最后,在高质量的AZO薄膜上生长了PZT、BFMO铁电薄膜,研究了复合薄膜的微观结构和电学性质。主要研究工作如下:采用磁控溅射方法在蓝宝石(0001)衬底上制备了外延生长的ZnO薄膜。研究了溅射功率、氧含量和衬底温度等工艺参数对于制备的ZnO薄膜的微观结构和光学性质的影响,优化了工艺参数,制备了高质量的ZnO薄膜。ZnO薄膜经过原子力显微镜、X射线衍射仪和可见紫外分光光度计表征,发现ZnO薄膜表面平滑,晶粒尺寸分布均匀,薄膜结晶质量高,在可见光范围内的平均透射率达到90%以上。在制备出高质量的ZnO薄膜的基础上,使用磁控溅射技术和脉冲激光烧蚀技术分别在蓝宝石(0001)和单晶Si(001)衬底上制备了AZO薄膜,重点研究了生长温度对AZO薄膜微观结构和光学、电学性能的影响,得到了性能良好的AZO薄膜。使用溶胶-凝胶方法在Pt(111)/TiO_2/Si和LaNiO_3/Pt(111)/TiO_2/Si衬底上制备了PZT薄膜。重点研究了在退火过程中,氧含量、退火温度以及退火时间对制备的铁电电容器微观结构和电学性质的影响。结果表明:在纯O_2气氛下,经600℃退火120 s的PZT薄膜具有较好的结晶质量,Pt/PZT/Pt铁电电容器具有优越的铁电特性;漏电流结果表明当电压小于1 V时为欧姆导电机制,大于1 V时为界面限制的肖特基发射;550℃退火的硅基Pt/PZT/LaNiO_3/Pt铁电电容器具有较大的剩余极化强度(约为44μC/cm~2)。采用溶胶-凝胶方法在Pt(111)/Tih/SiO_2基片上制备了BFMO薄膜。在空气气氛下,退火温度为650℃时制备了结晶质量良好的BFMO薄膜,Pt/BFMO/Pt铁电电容器的铁电性能良好。在纯氮气气氛下,退火温度为600℃时制备了高质量的BFMO薄膜的,同时电滞回线具有良好的对称性和饱和趋势,10 V电压作用下的剩余极化强度为50μC·cm~(-2),矫顽电压为5 V;4 V电压下的漏电流密度为3×10~(-3) A/cm~2,0-4 V电压范围内的导电机制为欧姆导电。使用溶胶-凝胶方法在AZO(0002)/Si(001)衬底上分别制备了PZT和BFMO薄膜。结果表明,在0.5 %的氧含量气氛中,经过550℃退火制备了Pt/PZT/AZO铁电电容器,其剩余极化强度为1.3μC·cm~(-2),矫顽电压为2.4 V。在纯氮气气氛中,经过600℃退火2 min的Pt/BFMO/AZO铁电电容器在5 V电压的作用下得到的电滞回线对称性良好,剩余极化强度为3.5μC·cm~(-2),矫顽电压为0.68 V,5 V电压的漏电流密度约为7.8×10~(-3) A/cm~2。电压小于0.7 V时,漏电流机制为欧姆导电机制;大于0.7 V时为界面限制的肖特基发射。(本文来源于《河北大学》期刊2011-05-01）
陈剑辉[10]（2011）在《硅基Cu薄膜与氧化物铁电电容器集成的研究》一文中研究指出超大规模集成电路的发展要求集成电路集成度和存储器性能不断提高,而传统的互连技术与磁存储技术日显不足。由于其各自的优势,开展Cu互连和非挥发性铁电存储器集成兼容的研究,可以更好地满足未来超大规模、高性能集成电路的发展需要。在常规非挥发性铁电存储器中,晶体管的漏极通过多晶硅插头或者Al互连线与铁电电容器底电极相连,难以满足日益发展的超大规模集成电路小特征尺寸、高集成度高性能的要求。用Cu代替Al作为铁电存储器1T-1C电路结构的互连线,可以将半导体Cu互连技术、铁电存储器以及微电子Si工艺结合起来,实现Cu互连技术与铁电薄膜器件的兼容,发挥每一项新技术各自的优势,制备出能够满足现代社会发展要求的高性能存储器件。应用射频磁控溅射法和溶胶-凝胶(sol-gel)法,以Ni-Al同时作为Cu与SiO2/Si之间的扩散阻挡层和Cu与氧化物电极之间的抗氧化阻挡层材料,分别以SrRuO3 (SRO)和La0.5Sro.5Co03 (LSCO)作为底电极材料,以Pb(Zro.4Tio.6)03(PZT)或者BiFe0.95Mno.o503(BFMO)作为铁电电容器绝缘层,构架了Pt/SRO/PZT/SRO/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO2/Si、Pt/LSCO/PZT/LSCO/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO2/Si、Pt/SRO/BFMO/SRO/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO2/Si的含Cu薄膜和铁电电容器异质结,采用X射线衍射(XRD)、四探针测试仪、原子力显微镜(AFM)、透射电镜(TEM)和铁电测试仪等分析手段研究了电容器的结构、输运性质、电极质量、界面和物理性能以及电容器的温度稳定性和一些关键制备工艺。另外,应用反应磁控溅射法给二元Ni-Al合金掺入N元素,形成Ni-Al-N阻挡层,构架了Cu/Ni-Al-N/SiO2/Si异质结,研究了样品的输运性质、微结构、表面形貌和失效机制,并计算了样品的失效激活能。研究发现SRO/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO2/Si含Cu多层异质结在高达750℃仍然具有较强的Cu衍射峰和比较平整的表面,粗糙度为6.5 nm,显示出了很好的高温热稳定性.研究了“室温长高温退”和“低温长高温退”两种工艺手段,发现在制备含Cu多层氧化物薄膜异质结时,低温长高温后退火的方式要优于常规的室温长高温后退火方式,通过低温长高温退工艺可以缓解应力、削弱界面粗化和避免高温生长对阻挡层和Cu薄膜结构的破坏.对PZT/SRO/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO2/Si结构的高分辨TEM照片分析研究发现,用于下层互连线结构的扩散阻挡层是超薄非晶结构,缺乏晶界和其高热稳定性和化学稳定性使其能够在高温下有效地阻挡Cu与SiO2/Si之间的互扩散。对用于Cu与SRO之间的上层Ni-Al阻挡层进行高分辨TEM研究发现上层Ni-Al阻挡层存在局部区域晶化,属于纳米晶结构,晶粒尺寸约为5 nm,这一结构利用晶化区规则的原子排列来缓解多层界面造成的强大应力,以及非晶区的致密性来填堵晶界,发挥了非晶区无序和晶化区有序各自的优势,实现了阻挡作用。研究发现,SRO/PZT/SRO/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO2/Si、LSCO/PZT/LSCO/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO2/Si异质结中的铁电电容器具有良好的铁电性能,在5V外加电压下,剩余极化强度(Pr)为～25.1μC/cm2,矫顽电压(Vc)为～0.83 V,漏电流为～7×10-4A/cm2,抗疲劳特性及保持特性均良好,表明导电性优良的Cu薄膜可以应用于制作高密度铁电存储器。研究了Pt/SRO/PZT/SRO/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO2/Si中PZT铁电电容器的环境温度对其物性的影响,发现除了电容器的极化强度、介电常数、漏电流的大小发生轻微变化外,物理性能没有发生本质上的改变,表明在100℃下,环境温度的波动不会导致铁电电容器的失效。我们认为电容器的漏电流、晶格振动、热激活分别是剩余极化强度、介电常数、漏电流密度增加的原因。采用多铁材料BFMO为铁电层,制备了SRO/BFMO/SRO/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO2/Si电容器异质结,实现了新型铁电材料BFMO薄膜电容器与Cu互连技术的集成。研究发现,经过高温处理后,BFMO具有良好的钙钛矿结构,Cu薄膜层完整,在～700kV/cm的外加电场下,电滞回线相对比较饱和,剩余极化强度达到～74.3 C/cm2,矫顽场为280kV/cm,良好的铁电性能表明BFMO薄膜与Cu实现了很好的集成。对Cu/Ni-At N/SiO2/Si异质结研究表明,非晶Ni-Al-N具有良好的阻挡特性。失效机制分析发现,Cu薄膜内部的缺陷和晶界致使高温下晶界沟槽向界面延伸造成晶粒分离,薄膜失去连续性而结块是Cu/Ni-Al-N/SiO2/Si结构失效的主要原因。计算样品失效激活能为1.1 eV,几乎是Cu/SiO2的激活能(0.6 eV)2倍,表明Ni-Al-N阻挡层的插入可以提高失效温度与互连线结构的热稳定性。(本文来源于《河北大学》期刊2011-05-01）
集成铁电薄膜论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
作为一种相当重要的电子功能材料,铁电材料一般都具有铁电性、压电性以及介电性等特征。铁酸铋及钛酸钡都是铁电薄膜材料中的研究重点,BaTiO_3是一种电介质材料,其介电常数较高、介电损耗较小且具有良好的铁电性,但其自发极化较小,是储能电容器的理想材料之一;BiFeO_3材料的自发极化较大,是室温下少有的单相多铁性材料之一,但其介电常数及电阻率均较低。我们将BiFeO_3及 BaTiO_3两种材料通过双层的形式进行整合,利用双层薄膜间的极化耦合及BaTiO_3层与底电极形成的空间电荷层,使材料间的特性"优势互补",得到高耐压、细长型的电滞回线,增加薄膜的理论储能密度及介电等性能。目前,在性能良好的BiFeO_3及BaTiO_3薄膜制备工艺中,一般需要的温度较高(大于500℃)或者涉及退火等工艺,这与CMOS集成工艺不兼容。因此,在硅基片上实现双层薄膜的原位中低温制备(500℃以下)具有重要的应用价值。本文采用磁控溅射技术,结合材料的性能及课题组前期工作,首先设计了BiFeO_3/BaTiO_3/SrRuO_3/SrTiO_3异质结构,通过调控双层薄膜的厚度比例及总厚度,得到了具有优异储能特性的薄膜。在此基础上,为实现与CMOS工艺的兼容,我们将基底材料换成硅,在中低温(500℃、450℃、400℃、375℃、350℃)下制备出具有良好铁电性及介电性能的薄膜。本文主要研究了一下几个方面的内容:1、BiFeO_3/BaTiO_3/SrRuO_3/SrTiO_3异质结构的电学及储能性能研究(1)控制薄膜的总厚度300nm不变,研究双层薄膜的厚度比例对薄膜的电学性能的影响。薄膜中两层的厚度比例对电滞回线的形状影响十分明显,BaTiO_3层占比的减少使回线形状更为细长,有利于储能密度的增加。50/250nm的薄膜击穿场强可达3750kV/cm,并具有高达79.45μC/cm2的饱和极化强度,有效储能密度为102J/cm3,效率为74.5%。(2)控制BiFeO_3/BaTiO_3厚度比例为1:1,设定薄膜总厚度分别为300nm、1300nn及2700nn,薄膜的极化强度随厚度的增加而增大,漏电流随厚度增加减小,300nm的薄膜具有最大介电常数;当BiFeO_3/BaTiO_3厚度比例为9:1时,电滞回线呈现出"双回线"的特点,与翻转电流相对应。(3)分别在(100)、(110)及(111)取向的SrTiO_3基片上制备150/150nm的BiFeO_3/BaTiO_3双层薄膜,在SrTiO_3(100)取向的基片上生长的薄膜介电性能最好。2、Si衬底上BiFeO_3/BaTiO_3双层薄膜的中低温制备(1)首先在500℃下,在硅基片上通过加入LaNiO_3缓冲层原位制备出具有优异的铁电及介电性能的BiFeO_3/BaTiO_3双层薄膜。在此基础上,逐渐降低制备温度,分别在450℃、400℃、375℃、350℃下,制备出具有良好的结晶性,且铁电及介电性能良好的薄膜。(2)选取(100)及(111)取向的SiO2/Si基片,加入LaNiO_3缓冲层,在500℃下制备BiFeO_3/BaTiO_3双层薄膜,并研究其电学性能。生长在Si(100)基底上的双层薄膜电滞回线形状更好,耐压性较好,介电性能也更优异。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
集成铁电薄膜论文参考文献
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