PZT薄膜漏電性能研究.pdf

1、鋯鈦酸鉛(Pb(ZrxTi1-x)O3，簡寫為PZT)薄膜是一種極具發(fā)展前景的電子功能薄膜，它具有剩余極化大、介電常數(shù)大、使用溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于非揮發(fā)鐵電存儲器、傳感器、微致動器、紅外探測器、電光調(diào)制器等方面。制備高度致密、表面平整光滑、低漏電特性的PZT薄膜材料，是研制PZT基薄膜器件的重要基礎(chǔ)。由于薄膜材料的漏電流特性直接反映出電子功能薄膜材料的電學(xué)性能，因此研究PZT薄膜材料漏電特性，是解決PZT薄膜性能提升以及薄膜

2、器件研制的重要技術(shù)手段。本論文針對PZT薄膜的漏電行為，開展如下研究工作：
　　1.研究射頻磁控濺射法制備工藝對生長在Pt/Ti/SiO2/Si基片上的PZT薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、形貌和性能的影響，并結(jié)合PZT缺陷化學(xué)行為對其進(jìn)行理論分析。結(jié)果表明，濺射氣氛、退火氣氛、退火溫度和時(shí)間對薄膜的結(jié)構(gòu)形貌成分會產(chǎn)生較大的影響，從而影響到漏電流與其它電學(xué)性能。在濺射氣氛 Ar/O2=45:0.65、退火氣氛Ar/O2=1:1、650℃下退火60

3、s的PZT薄膜結(jié)構(gòu)致密，表面平整，具有最小的漏電流密度和最佳的介電、鐵電性能。
　　2.對最佳工藝下制備的PZT薄膜電流密度-電壓（J-V）特性、電流密度-時(shí)間（J-t）特性進(jìn)行測試，分析PZT薄膜導(dǎo)電機(jī)制。研究結(jié)果表明在電壓低于VT（~1.8V）時(shí)薄膜為歐姆導(dǎo)電機(jī)制；當(dāng)電壓高于轉(zhuǎn)變電壓VT低于陷阱填充限制電壓VTFL，即VT

4、電機(jī)制的轉(zhuǎn)變會導(dǎo)致薄膜J-t特性的變化。
　　3.分析測試了PZT薄膜的漏電流溫度特性，進(jìn)一步說明了PZT薄膜的導(dǎo)電機(jī)制，并給出了PZT薄膜費(fèi)米能級的位置。研究結(jié)果表明在電壓低于VT（~1.8V）時(shí)，薄膜的漏電流隨溫度的升高而增加，這是由于溫度升高導(dǎo)致載流子濃度增加的結(jié)果，與歐姆導(dǎo)電機(jī)制相符，同時(shí)結(jié)合不同溫度下的漏電流大小，并通過載流子濃度與溫度的關(guān)系式，計(jì)算出PZT薄膜費(fèi)米能級位于導(dǎo)帶下0.6624eV處；當(dāng)電壓高于轉(zhuǎn)變電壓VT