文档介绍：材料科学与工程学院基地班创新和任选实验论文
高度取向锆钛酸铅铁电薄膜材料
制备及性能优化
姓名：严岑琪
学号： 200900150260
指导教师：欧阳俊
日期：
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一、研究背景简介及研究意义义
铁电存储器是铁电薄膜的重要应用之一，但铁电存储器的发展仍面临着许多问题：铁电薄膜的疲劳问题；铁电极化的保持力问题；铁电薄膜与衬底及电极之间的界面态问题；铁电薄膜的漏电流的问题。这些问题与铁电薄膜的质量（包括结晶性、取向性、完整性）；电极材料的选择；界面性质（包括铁电/导体，铁电/电极界面）等均有重要关系。
二、研究方法
PZT薄膜制备是一种重要技术，在现代先进材料中发挥越来越重要的作用。铁电薄膜一般都是化学组成复杂的多组元氧化物，时而还会按需求对其进行掺杂改性。目前，我们可以采用物理或化学方法制备PZT薄膜，常用的制备技术如下：
物理方法：脉冲激光沉积(PLD)、溅射、真空蒸发、分子束外延(MBE)等；
化学方法：溶胶一凝胶(Sol—Gel)、化学气相沉积(CVD)等。
下面分别简单介绍上述各种方法的特点。

脉冲激光沉积(Pulsed Laser Deposition，PLD)，也被称为脉冲激光烧蚀(pulsed laser ablation，PLA)，是一种利用激光对物体进行轰击，然后将轰击出来的物质沉淀在不同的衬底上，得到沉淀或者薄膜的一种手段。

真空蒸发法镀膜通常是把装有基片的真空室抽成真空，。然后加镀料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到基片表面，凝结形成固态薄膜。熔点低于2000K的金属才能用于蒸发镀膜。真空蒸镀设备主要由真空镀膜室和真空抽气系统两大部分组成，真空镀膜室内装有蒸发源，被蒸镀的材料，基片支架及基片等。

溶胶一凝胶法，是一种能代替高温固相合成反应制备陶瓷、玻璃、薄膜和许多固体材料的新方法。溶胶一凝胶法是一种湿法化学工艺，它是将金属醇盐或其它盐类溶解在醇或者醚等有机溶剂中形成均匀的溶液，溶液再通过水解和缩聚反应形成溶胶，迸一步的聚合反应形成凝胶，将凝胶进行热处理除去剩余的有机物和水分，最终形成所需的薄膜。
溶胶-凝胶技术有以下几个特点：
工艺设备简单，不需要任何真空条件或其它昂贵的设备，便于应用推广；
通过各种反应物溶液的混合，很容易获得所需要的均匀相多组分体系，且易于实现定量掺杂，可以有效地控制薄膜的成分及结构；
薄膜制备所需温度低，从而能在较温和条件下制备出多种功能材料，对于制各那些含有易挥发组分或高温下易发生相分离的多元体系来说非常有利；
很容易在各种不同形状(平板状、圆棒状、圆管内壁、球状及纤维状等)、不同材料(如金属、玻璃、陶瓷和高分子材料等)的基底上制备大面积薄膜，甚至可以在粉体材料表面制备一层包覆膜，这是其他的传统工艺难以实现的；
，在纳米尺度上进行反应，最终制各出具有纳米结构特征的材料，因此又是制备纳米结构薄膜材料的特殊工艺；
用料省，成本较低。

化学气相沉积(Chemical vapor deposition,简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。它本质上属于原子范畴的气态传质过程。
MOCVD技术的优点在于：
膜的组成元素均以气体形式进入反应室，通过控制载气流量和切换开关可以容易地控制薄膜组成，薄膜污染程度小；
金属有机物为源，低温沉积可以降低薄膜中的空位密度和缺陷；
可以通过精确控制各种气体的流量来控制外延层的成分、厚度等，获得超晶格薄膜;
反应势垒低，制备外延膜时，对衬底的取向要求不高；
适合于大面积成膜和批量生产，容易实现产业化。
但是MOCVD的原材料成本较高，毒性较大，同时由于沉积速率低，薄膜中容易出现小颗粒。

磁控溅射法是在靶的附近产生辉光放电，由于磁场存在，电子被约束在一个环状空间，形成高密度等离子环。在环内，电子使惰性气体电离，惰性离子经过加速以后打到靶的表面，将各靶的原子溅出，淀积到衬底［2］如图2-1。这种方法的优点是能够以较低的成本制备实用的大面积薄膜，制膜可以用陶瓷靶材，也可以在氧气氛中使用金属或合金靶材通过反应溅射获得所需薄膜。其缺点是在溅射过程中各个组元的挥发性差异大，膜的成份和靶的成份有较大偏差，而且偏差大小随工艺条件而异，因此，使得该种方法存在实际应用中的一些困难。
敏段
Rite
附力贱
图2-1
根据可沉积薄膜类型的不同，磁控溅射分为以