文档介绍：学校代号 10530 学号 200810061047
分类号密级

硕士学位论文

脉冲激光沉积法制备大面积
铁电薄膜的研究

学位申请人贾永锐
指导教师王金斌教授
学院名称材料与光电物理学院
学科专业微电子学与固体电子学
研究方向铁电物理及铁电器件物理

二 O 一一年五月十日
The Study on Preparation of Large Area
Thin Films by Pulsed Laser
Deposition

Candidate Jia Yongrui
Supervisor Professor Wang Jinbin
College Faculty of Materials, Optoelectronics and Physics
Program Ferroelectric and Ferroelectric Device Physics
Specialization Microelectronics and Solid State Electronics
Degree Master of Engineering
University Xiangtan University
Date May 10, 2011
湘潭大学
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作者签名: 日期: 年月日

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作者签名: 日期: 年月日

导师签名: 日期: 年月日
摘要
铁电薄膜材料经过几十年的发展,各种性能研究及其应用日趋成熟。随着大
规模薄膜集成电路及集成铁电器件的发展,大面积铁电薄膜的制备已成为一项重
要的研究任务。本论文通过激光变速扫描熔蚀靶材来制备大面积无铅铁电薄膜,
从理论和实验上研究如何利用脉冲激光沉积技术(PLD)制备出厚度均匀的 5 英寸
大面积 (BNT)铁电薄膜,并对制备的薄膜的微观结构和性能进
行表征。
1. 借助运动学方程模拟了 5 英寸 BNT 薄膜的生长轨迹,同时结合羽辉沉积
半径,建立了 5 英寸大面积薄膜扫描式生长的动力学过程,并对影响薄膜均匀性
的各个因素(包括激光扫描速度、沉积时间、沉积温度和氧气压强、激光能量以
及靶材-衬底间距等)进行了探讨。首先计算熔蚀羽辉的数学运动方程,利用
MATLAB 软件模拟出羽辉在衬底上的沉积轨迹,并初步讨论了羽辉沉积轨迹与
薄膜厚度分布的关系。然后,根据熔蚀羽辉形状及扩散特点分析了不同羽辉沉积
半径对薄膜厚度分布的影响,得到了适合 5 英寸 BNT 薄膜均匀生长的沉积半径
的理论值。
2. 根据模拟的沉积轨迹曲线和沉积半径对薄膜厚度影响的理论分析,进行
了 5 英寸 BNT 铁电薄膜的实验制备。首先通过静止激光光束沉积实验测得最佳
沉积半径所需的实验参数,然后通过改变激光扫描速度和沉积时间改变羽辉沉积
轨迹,并按照不同的沉积轨迹生长 5 英寸 BNT 铁电薄膜。同时,对所制备的 5
英寸 BNT 铁电薄膜的厚度分布和厚度均匀性进行测试分析,得出沉积轨迹与薄
膜厚度分布的具体关系。在此基础上,制备的 5 英寸 BNT 铁电薄膜的均匀度高,
厚度偏差在±%以内。
3. 利用 X 射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所制备的大面积薄膜的
微观结构进行了表征,利用薄膜测厚仪、铁电分析仪、半导体参数测试仪等对其
光学参数和电学性能进行了测试分析。首先,研究了沉积温度、氧气压强、激光
能量、薄膜厚度及靶材-衬底间距等对薄膜的生长取向及结晶性的影响。然后,
对不同厚度薄膜的反射光谱进行分析,得出了 BNT 薄膜的折射率及消光系数与
波长的关系。最后,对 BNT 铁电薄膜的