BCT鐵電薄膜和納米纖維晶體管的制備及性能研究.pdf

1、基于鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FeFET)的非揮發(fā)存儲(chǔ)器具有低功耗、高存取速度、高密度存儲(chǔ)、抗輻射等出眾的優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的下一代存儲(chǔ)器之一。本論文選取FeFET作為研究對(duì)象,主要開(kāi)展了以下三個(gè)方面的工作:溶膠-凝膠法制備Bi4-xCexTi3O12(BCxT)鐵電薄膜及性能表征;靜電紡絲法制備Bi3.4Ce0.6Ti3O12(BCT)納米纖維和性能表征;Pt/BCT/CeO2/Si結(jié)構(gòu)BCT薄膜FeFET和全鈣鈦礦BCT納米纖維/鐵

2、電薄膜背柵結(jié)構(gòu)FeFET的制備與電學(xué)性能表征。具體工作和結(jié)果概括如下:
　　1.利用溶膠-凝膠法制備出了鈰摻雜鈦酸鉍BCxT鐵電薄膜,系統(tǒng)研究不同Ce元素?fù)诫s比例(x=0.0,0.4,0.6和1.0)對(duì)鐵電薄膜相轉(zhuǎn)變、剩余極化、漏電流密度和疲勞性能的影響。分析結(jié)果表明Ce元素?fù)诫s確實(shí)可以改善鈦酸鉍薄膜的鐵電性能,x值為0.6的薄膜具有最大的剩余極化值(2Pr=65μC/cm2@333 kV/cm),最低的漏電流密度(2.8×10-

3、8A/cm2@10V),最優(yōu)異的抗疲勞性能。
　　2.以溶膠-凝膠法制備前驅(qū)體溶液為基礎(chǔ),利用靜電紡絲法制備了BCT納米纖維。使用了SEM、XRD、TEM、PFM和拉曼光譜儀,分別對(duì)BCT納米纖維的形貌、元素組分、晶體結(jié)構(gòu)、壓電性能和拉曼光譜進(jìn)行了測(cè)試。750℃退火1小時(shí)得到直徑100-200nm、結(jié)晶性良好的納米纖維;經(jīng)過(guò)同步熱分析儀的測(cè)試,確定了BCT納米纖維的居里溫度約為540℃。通過(guò)PFM測(cè)試,獲得形狀較好的、電致位移1.

4、1nm的D-V蝴蝶曲線,BCT納米纖維的最大壓電系數(shù)(33d)達(dá)到了158pm/V。通過(guò)拉曼光譜的分析,確定了鈰元素?fù)诫s鈦酸鉍的位置,也解釋了BCT納米纖維壓電系數(shù)較大的原因。
　　3.基于CeO2與Si襯底、鈦酸鉍有很好的晶格匹配性,并且BCT鐵電薄膜層、CeO2絕緣層都含有鈰元素,使得兩者之間有很好的界面性能。制備了Pt/BCT/CeO2/Si結(jié)構(gòu)的FeFET:CeO2薄膜作為絕緣阻擋層;BCT薄膜作為鐵電層,并且表征了晶體管