退火溫度對BENT薄膜鐵電性能和殘余應力的影響.pdf

1、鉍層狀結構鐵電體(BLSFs)鐵電薄膜由于在鐵電非揮發(fā)存儲器、熱釋電器件以及壓電器件領域具有非常大的應用前景,而成為國際功能材料領域的研究熱點。它具有優(yōu)良的壓電、鐵電、熱釋電和電光等性能,同時還具有較高的耐擊穿強度和相對高的介電常數,可廣泛應用于動態(tài)隨機存儲器(Dynamic Random Access Memory,DRAM)、鐵電隨機存儲器(Ferroelectric Random Access Memory, FeRAM)、鐵電場

2、效應晶體管(Ferroelectric Field Effect Transistor,FeFET)、光存儲器和光顯示器等光電子器件。Bi4Ti3O12(BTO)是一種典型層狀鈣鈦礦結構的鐵電材料,但是它的剩余極化強度不高和抗疲勞性差。人們通過摻雜方法能夠改善鐵電薄膜材料的電學性質,但是并不是任意元素摻雜都會得到好的效果,科學家們嘗試用不同的元素摻雜的方法,制備出不同種類的BTO基鐵電薄膜材料,希望尋求到能夠滿足實際生產需要的鐵電薄膜材

3、料器件。
　　本論文所做實驗中,制備出了高極化率的鐵電薄膜。在退火溫度600、650、700和750℃下,通過金屬有機物分解(MOD)法,制備了四組雙 A位摻雜Bi3.15(Eu0.7Nd0.15)Ti3O12(BENT)鐵電薄膜。主要研究了退火溫度對其電學性能和殘余應力的影響。本論文的主要內容如下:
　　(1)在不同退火溫度600、650、700和750℃下,所有經退火的樣品,薄膜表面無裂紋,為多晶鉍層狀鈣鈦礦相且沒有任何

4、焦綠石相出現,Eu和Nd的摻雜也沒有影響薄膜的微觀晶體結構。所有BENT鐵電薄膜中,退火溫度為650℃的樣品的鐵電性能最佳,在260KV/cm電場強度下,2Pr為最大103μC/cm2;在頻率為200KHz下,介電常數εr為最大1046;在225KV/cm電場強度下,漏電流J為最低1.15×10-8A/cm2。結果表明:適合的退火溫度將會影響雙摻雜BENT鐵電薄膜中Bi的含量。Bi過量將會導致自由空穴、離子和電子缺陷過多,造成薄膜內部對

5、稱結構和不對稱結構中局域電子態(tài)的差異,Bi蒸發(fā)導致的Bi含量不足和高溫致使鐵電薄膜器件結構缺陷,阻止極化翻轉。運用位移效應原理,對A位雙摻雜改善鐵電材料性能理論進行了合理解釋。
　　(2)殘余應力是影響薄膜力學性能的重要因素,殘余應力達到一定程度將會引起薄膜/基底構件的失效。本論文主要介紹采用X射線衍射技術,采用傳統(tǒng)sin2ψ法四點法測量BENT了鐵電薄膜中的殘余應力,并討論了退火溫度對殘余應力的影響,以及殘余應力與剩余極化強度之