具有非線性電流-電壓特性的CaCu3Ti4O12功能薄膜研究.pdf

1、CaCu3Ti4O12（CCTO）不僅具有很高的介電常數(shù)，并且在很寬的溫區(qū)范圍內(nèi)（100~400K）介電常數(shù)值幾乎不變，非線性電流-電壓（I-V）特性十分顯著。因此CCTO被認為是一種在微電子領(lǐng)域非常有應(yīng)用前景的材料，特別是在電容元器件和變阻器方向。
　　本論文選用溶膠-凝膠法（sol-gel法）在室溫下合成CCTO膠體溶液，采用旋涂法在Pt/Ti/SiO2/Si基底上制備出CCTO薄膜，接著在350oC熱板上預(yù)熱5分鐘，隨后將樣

2、品送至馬弗爐中退火。通過改變旋涂次數(shù)、退火溫度等工藝條件，結(jié)合 X射線衍射、場發(fā)射掃描電子顯微鏡和半導(dǎo)體參數(shù)分析儀等薄膜性能結(jié)構(gòu)表征方法，獲得了一組最優(yōu)的薄膜制備條件。
　　為了降低實驗成本，同時考慮與集成電路相兼容的問題，本論文還進行了在單晶Si基底上制備CCTO薄膜的實驗。由于在退火過程中Si基底捕捉CCTO的O原子，導(dǎo)致無法生成CCTO晶相，故采用在Si基底上制備ZnO薄膜作為緩沖層，形成了Si/ZnO/CCTO的結(jié)構(gòu)，并對

3、其微觀結(jié)構(gòu)和電流-電壓特性進行了表征。
　　針對于Pt/Ti/SiO2/Si基底，本論文利用半導(dǎo)體參數(shù)分析儀首次提出了I-V特性的兩種測試方法，并且發(fā)現(xiàn)這兩種方法測得的樣品閾值電壓呈明顯的兩倍關(guān)系。此外，Pt基底樣品的閾值電壓要遠小于Si基底，這與電流的傳導(dǎo)路徑有很大關(guān)系，本文用串聯(lián)電阻模型對這一現(xiàn)象做了解釋。最后對于CCTO薄膜的非線性I-V特性，提出雙肖特基勢壘（DSB）模型，并做了詳細地闡述。實驗結(jié)果表明，CCTO薄膜材料具