鐵電存儲器關(guān)鍵工藝與器件建模研究.pdf

1、近幾年來，將鐵電薄膜和硅基半導(dǎo)體工藝相結(jié)合的新型半導(dǎo)體器件越來越受到世界各國研究者的廣泛青睞。其中，鐵電存儲器由于其兼有低功耗、讀寫速度快、抗輻射等多方面優(yōu)點，被認(rèn)為最有前途的新一代非揮發(fā)存儲器之一。本文圍繞鐵電存儲器研制過程中相關(guān)的若干關(guān)鍵問題，開展了以下四個方面的研究工作。
　　 ⑴從鐵電性、介電性及漏電流方面考慮，確定了處于準(zhǔn)同形相界成分點的Pb(Zr,Ti)O3(PZT)薄膜是制備鐵電存儲器較為理想的材料。通過正交實驗摸

2、索了陶瓷靶材的最佳燒結(jié)工藝。研究了濺射氣壓對PZT 薄膜成分波動的影響，討論了濺射氣壓、氣氛、襯底溫度對BaPbO3(BPO)薄膜電阻率的影響。使用射頻磁控濺射法以500oC的較低溫度在BPO 電極上原位沉積了用于鐵電存儲器的PZT 薄膜。和傳統(tǒng)的Pt 電極相比，BPO 電極的使用能有效的改善生長其上PZT 薄膜的鐵電疲勞特性并降低矯頑場。
　　 ⑵采用2θ-sin2ψ和Williamson-Hall 法分別研究了生長在不同厚度

3、BPO 電極上準(zhǔn)同形相PZT 薄膜的殘余應(yīng)力和微觀應(yīng)力。結(jié)果表明當(dāng)BPO 層厚度為34nm，68nm，135nm和270nm 時，PZT 薄膜呈現(xiàn)張應(yīng)力。通過一個簡單的計算可以得知，這種張應(yīng)力主要來自相變應(yīng)力，它和PZT 薄膜的晶粒尺寸成正比，并且可以通過改變BPO 層的厚度來加以調(diào)整。結(jié)合結(jié)構(gòu)精修的分析方法，我們發(fā)現(xiàn)，張應(yīng)力的存在有助于準(zhǔn)同形相PZT 薄膜中四方相向單斜相的轉(zhuǎn)變。在準(zhǔn)同性相附近，單斜相比四方相具有更大的極化效率，從而能

4、獲得更高的剩余極化和更小的矯頑場。
　　 ⑶從鐵電薄膜微觀機理入手，采用幾何圖示方法解釋了鐵電疇在外電場中極化反轉(zhuǎn)規(guī)律，并推導(dǎo)出實驗提取鐵電偶極子矯頑場分布函數(shù)ρ(Ec+,Ec-)的方法。在此基礎(chǔ)上，引入了極化反轉(zhuǎn)函數(shù)來表征鐵電電容宏觀極化強度隨外電場變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式，建立起用于鐵電存儲器電路仿真的鐵電電容器件模型和將該模型嵌入IC 仿真平臺的方法。該模型不僅可以用于鐵電存儲器電路優(yōu)化，還能作為一種分析工具來研究鐵電薄膜中的各種