Pb(Zr0.52Ti0.48)O3铁电薄膜的制备及阻变特性研究

• Main Author: 刘蔚婉
• Format: Dissertation
• Language: Chinese
• Published: 河南大学 2015
• Subjects: PZT薄膜; 激光脉冲沉积; 阻变特性; 锆钛酸铅; 铁电材料

硕士: 微电子学与固体电子学; TN304.055; 锆钛酸铅（Pb(ZrxTi1-x)O3，0<x<1）是传统的铁电材料之一。由于其独特的铁电、热电以及压电等性能，基于铁电薄膜的器件一直受到人们的密切关注。通过改变锆钛配比或者掺杂外来元素，能极大的改变其晶体结构从而影响其电学性能。其薄膜材料制备的器件在小型电子设备传感器、微机电系统（MEMS）以及非易失性存储器（NVM）方面也备受宠爱。这也是许多年来人们依旧在研究它的重要原因。PZT有钙钛矿材料共有的ABO3结构，由于不同种类的离子所受的电性束缚不同，受束缚较弱的离子在外加电场作用下会产生定向极化，这种结构的材料一般都有较强的铁电性。本文以PZT靶材以及薄膜的制备和特性研究为目的，分别探究了利用导电衬底的 PZT/NSTO结构和利用不导电衬底并插入导电缓冲层的PZT/SRO/STO结构。　　主要的步骤如下：　　一、采用固体反应法，制备了锆钛比为52：48的PZT靶材。因为经过调研发现在室温下，x=0.52附近是三角-四方相界，这是一条准同型相界，该相界附近的区域内，材料的结构属于铁电四方相和铁电三方相的过渡区，一般是两相共存的，在这个区域内，铁电体的晶格结构发生了突变。在靶材制备过程中，为了防止样品受热不均匀和铅的挥发，本文采用了埋粉烧结和过量配比综合的方法成功制备出了致密性良好的高纯PZT陶瓷靶材。　　二、用激光脉冲沉积（PLD）法，分别在导电的掺铌钛酸锶（Nb-SrTiO3）和不导电的钛酸锶（SrTiO3）两种衬底上制备PZT薄膜。制备PZT薄膜之前，在不导电的衬底上先制备一层钌酸锶（SrRuO3）缓冲层，这样更有利于形成外延的PZT薄膜。钌酸锶一方面可以做电极，另一方面可以适当改善电极疲劳。在PZT/NSTO和PZT/SRO/STO两种结构的PZT薄膜上，用小型离子溅射仪分别制备铂金（Pt）作为上电极，并在NSTO衬底的下方焊接铟（In）作为下电极。　　三、由于钌酸锶（SRO）靶材有吸湿性，直接采用激光脉冲沉积法制备薄膜，条件很难控制。本文采用在管式炉中高温预烧12h的方法，去除靶材中的湿气。然后成功制备出了钌酸锶薄膜，并对制备的薄膜进行了四探针法测量电阻率。实验表明，这种预处理方法能够制备出导电性良好的缓冲层。　　四、在SRO/STO上制备的PZT薄膜是MFM结构。通过其进行XRD测试、SEM扫描、P-V、C-V、I-V测试并分析，了解了PZT薄膜的阻