文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
BLT/PZT/BLT铁电薄膜的溶胶-凝胶制备及性能研究
姓名:周光惺
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:于军
20090525
华中科技大学硕士学位论文
摘要
铁电存储器是一种具有操作电压低、功耗低、信息保持时间长、写入速度快、
抗辐射等优异特性的新型非挥发存储器,非常适合应用于嵌入式平台。目前主流的
商业化铁电存储器是采用PZT材料来制备铁电薄膜,本论文对PZT铁电薄膜的改性进
行了实验研究。
本文基于多层复合铁电薄膜能够将多种铁电材料的优良特性相结合的原理,采
用溶胶-凝胶法在 Pt/TiO2/SiO2/p-Si(100)衬底上制备了 BLT、BLT/PZT、BLT/PZT/BLT
系列薄膜。研究了 BLT 薄膜的铁电性能,确定了最优的 BLT 薄膜工艺参数;研究了
BLT/PZT/BLT 薄膜的结构和铁电特性,及相对 BLT 和 PZT 薄膜在晶体结构和性能上
的差异,并计算了不同结构参数的 BLT/PZT/BLT 薄膜主要衍射峰的相对强度的关系,
及和薄膜铁电特性之间的联系。
实验结果表明,BLT 薄膜相比 PZT 薄膜具有更好的抗疲劳性能。引入 BLT 层后,
BLT/PZT 薄膜相比 PZT 薄膜,其疲劳特性有显著改善,经过 109 次极化翻转后,剩
余极化只大约下降了初始值的 15%;同时其铁电性能依然表现良好,剩余极化和同
等厚度的 PZT 薄膜相差不大。XRD 测试表明,三明治结构的 BLT/PZT/BLT 薄膜呈
随机多晶取向;薄膜的铁电性能良好,剩余极化较大;随着 BLT 层和 PZT 层相对厚
度的变化,薄膜的晶体结构和铁电性能表现出规律性的变化。BLT/PZT/BLT 薄膜在
保留了 PZT 材料剩余极化大,电滞回线矩形度好的优点同时,也具备 BLT 薄膜优异
的抗疲劳特性。这些结果表明,三明治结构的 BLT/PZT/BLT 薄膜是一种非常适合应
用于铁电存储器的铁电薄膜。
关键词:铁电薄膜溶胶-凝胶 PZT BLT 三明治结构疲劳特性
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
Ferroelectric Random Access Memories(FeRAM) is a new kind of non-volatile
memories which possesses excellent properties of low operating voltage, low power
consumption, long-time retention, quick writing-operation and outstanding anti-radiation
characteristics, and is very suitable for embedded application. Nowadays the ferroelectric
thin films in majority mercial FeRAM are made of PZT materials. In this paper, it
is mainly focused on experimental research of improving performance of PZT
ferroelectric thin films.
This paper is based on the principle that multi-layered ferroelectric thin films are
capable of utilizing advantages of multiple ferroelectric materials. And a series of BLT,
BLT/PZT, BLT/PZT/BLT thin films were fabricated on Pt/TiO2/SiO2/p-Si(100) substrate.
The ferroelectric properties of BLT thin film are investigated and subsequently the best
parameters of fabrication craft are determined. We also discussed the structures and
properties of sandwich structured BLT/PZT/BLT thin films and parison of
c