钛酸锶钡和氧化铈薄膜的制备及物理性能表征.pdf

文档介绍：河北大学
硕士学位论文
钛酸锶钡和氧化铈薄膜的制备及物理性能表征
姓名:代鹏超
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:刘保亭;刘保亭
2011-06
摘要
摘要
采用两步生长法,利用脉冲激光沉积法在 Si(111)衬底上制备了 10~40 nm 的外延
CeO2 薄膜,采用磁控溅射法构建了 Pt/CeO2/Si MOS 结构,进一步表征了 CeO2 薄膜的界
面和介电性能,根据等效氧化物厚度-物理厚度曲线得出 CeO2 薄膜的介电常数为 37,
由高频电容电导法计算得出界面态密度为 1012 量级。
利用外延 CeO2 薄膜充当缓冲层,应用脉冲激光沉积法在 CeO2/Si(111)衬底上制备了
(BST)薄膜,研究了不同氧压下沉积温度对 BST 薄膜结构的影响,结果
表明,较低的氧压有利于制备高质量的 BST 薄膜,在 1 Pa 氧压下、沉积温度为 750 ℃
时制备出了高度择优的 BST 薄膜,通过构建 MFIS 结构,进一步研究了 Pt/BST/CeO2/Si
电容器的电学性能,在 5 V 偏压下电容器的记忆窗口为 V,外加偏压为 10 V 时漏电
流密度仅为 ×10-7 A/cm2,说明电容器具有良好的绝缘性能。
采用磁控溅射法和脉冲激光沉积法制备了 Pt/.5CoO3/
CeO2/Si(Pt/LSCO/BST/LSCO/CeO2/Si)异质结电容器,实验发现,BST 薄膜为(001)、(002)
和(110)取向多晶钙钛矿结构,介电测量表明 BST 薄膜具有较大的介电常数和较高的调
谐率,分别为 493 和 22%。制备的 LSCO/BST/LSCO 电容器具有较小的漏电流密度,在
5 V 偏置电压下漏电流密度为 ×10-6 A/cm2。
应用磁控溅射法和脉冲激光沉积法,构建了 Pt/BST/Pt 和 Pt/Ni-Ti/BST/Ni-Ti/Pt 电容
器,结果发现,非晶 Ni-Ti 阻挡层的引入,有效地抑制了 BST 和 Pt 之间的互扩散,减
小了介电死层的厚度,明显增加了 BST 薄膜的介电常数;非晶 Ni-Ti 阻挡层有效降低了
BST 薄膜中氧空位的含量,与未加阻挡层的 Pt/BST/Pt 电容器相比,Pt/Ni-Ti/BST/Ni-Ti/Pt
电容器具有较小的介电损耗和较低的漏电流密度。

关键词 BaxSr1-xTiO3 薄膜非晶 Ni-Ti 阻挡层 CeO2 缓冲层导电机制
I
Abstract
Abstract
Epitaxial CeO2 thin films, 10~40 nm thick, were deposited on Si(111) substrates by the
pulsed laser deposition method. The metal-oxide-semiconductor (MOS) structures were
further fabricated to evaluate the interface and dielectric properties of CeO2 films. The results
show that the C-V characteristics can be greatly affected by the interface charges. The
epitaxial CeO2 thin films, which are deposited by a two-step process, have larger dieleltric
constant and lower interface trap density. The permittivity calculated from the EOT-Tphys
characteristics curve is about 37, and the interface trap density is about 1012 order of
magnitude according to the Hill-Coleman method.
(BST) thin film was deposited on CeO2/Si(111) substrate by the pulsed laser
deposition method and CeO2 buffer layer was used to improve the