论文部分内容阅读
新型非挥发铁电存储器(FeRAM)与传统的EEPROM和FLASH非挥发存储器相比,具有操作电压低、功耗低、信息保持时间长、写操作速度快、抗辐射等优异的特性,非常适合嵌入式应用的要求。铁电薄膜是铁电存储器的关键组成部分,本论文对FeRAM用铁电薄膜进行了实验研究。 根据嵌入式铁电存储器对铁电材料的要求,本文选择PZT(53/47)作为理想的嵌入式铁电存储器用材料,并对PZT材料进行掺杂改性。使用固相反应技术制备出了Pb过量20mol％,Nb掺杂4mol%的PZT靶材,靶材表面无裂纹,致密性好。用射频磁控溅射法在Pt/TiO2/SiO2/Si(100)结构衬底上制备一系列PNZT铁电薄膜,讨论了溅射参数对PNZT薄膜性能的影响,得到了最优的制备PNZT薄膜的工艺条件是:溅射工作气压2Pa,基片温度300℃,溅射气氛纯Ar气,退火温度650℃,退火时间10分钟。为了改善PNZT铁电薄膜的铁电性能和疲劳性能,我们在PNZT铁电薄膜和Pt电极之间加入一层BaPbO3缓冲层。研究表明,BPO缓冲层可以改善PNZT薄膜的铁电性能,提高薄膜的抗疲劳特性。BPO/PNZT/BPO/Pt/TiO2/SiO2/Si是一种优化的,适用于铁电存储器的铁电薄膜结构。从不同BPO缓冲层厚度的PNZT铁电薄膜的性能分析,指出BPO缓冲层厚度在约80nm左右时,薄膜的铁电性能和疲劳特性变好。同样,用固相反应法制备出BPO陶瓷。XRD测试表明陶瓷为纯钙钛矿相。我们重点研究了BPO薄膜的晶化温度、溅射气氛以及退火温度对PNZT/BPO薄膜微结构和铁电性的影响。总结出制备BPO缓冲层的最佳工艺是:溅射工作气压6Pa,基片温度250℃,溅射气氛为Ar/O2=9:1,退火温度600℃,退火时间15分钟。根据这个条件在Pt衬底上制备了BPO/PNZT/BPO铁电薄膜,测试结果表明,PNZT薄膜具有较好的铁电性能,当施加的电场约370kV/cm时,薄膜的剩余极化强度 Pr是38.3μC/cm2,矫顽电场Ec是75kV/cm。经109极化开关后,剩余极化值基本保持不变。