硅化鈦納米線電極對(duì)PST薄膜形成與介電可調(diào)性影響研究.pdf

1、ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜由于具有獨(dú)特的介電、壓電、熱釋電及鐵電性能，在很多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。(Pb，Sr)TiO3(PST)鐵電薄膜由于具有很好的介電可調(diào)性，是當(dāng)前介電可調(diào)薄膜的研究熱點(diǎn)之一。然而，對(duì)于介電可調(diào)薄膜來說，要想獲得最大介電調(diào)制，必須施加足夠高的調(diào)制電壓來產(chǎn)生高調(diào)制電場(chǎng)，但對(duì)于電子元器件來說工作電壓不宜太高。同時(shí)，隨著電子器件的微型化和集成化，對(duì)介電可調(diào)薄膜性能的要求也越來越高。顯然降低介電調(diào)制電壓、提高PST薄

2、膜的介電可調(diào)性已經(jīng)成為PST在相關(guān)領(lǐng)域得到應(yīng)用的關(guān)鍵。采用小尺度間距叉指電極可有效地降低介電調(diào)制電壓，提高介電可調(diào)性。隨著納米科學(xué)的不斷發(fā)展，導(dǎo)電納米線的應(yīng)用也逐漸進(jìn)入人們的視線，考慮到硅化鈦由于其低電阻率、高熱穩(wěn)定性、可以制備成納米線/薄膜一體化結(jié)構(gòu)和與當(dāng)前硅基制備工藝相匹配等特點(diǎn)，利用硅化鈦導(dǎo)電納米線/硅化鈦薄膜作為薄膜電極，能使材料在較低電壓下獲得較大介電常數(shù)調(diào)制。而且，對(duì)這種納米線復(fù)合電極降低調(diào)制電壓、提高介電可調(diào)性的作用機(jī)制還

3、不清楚，進(jìn)而不能很好地控制相應(yīng)薄膜性能。因此深入研究這種復(fù)合電極結(jié)構(gòu)顯得尤為重要，進(jìn)一步探索介電可調(diào)薄膜的形成機(jī)制并揭示其性能改善的基本原理將有利于實(shí)現(xiàn)薄膜的制備和性能可控，對(duì)開發(fā)其在新型高性能器件中的應(yīng)用起到極其重要的推動(dòng)作用。
　　 本論文全面綜述了ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的主要制備方法及其應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)了硅化鈦薄膜及其納米線的制備與應(yīng)用。描述了鐵電薄膜的介電可調(diào)原理和基于邊緣電場(chǎng)的邊緣電場(chǎng)電容器概況。通過引入在納米線電

4、極周圍產(chǎn)生強(qiáng)大邊緣電場(chǎng)的思想，首先采用常壓化學(xué)氣相沉積法在玻璃基板上制備了TiSi納米線/Ti5Si3薄膜復(fù)合電極，并采用射頻磁控濺射法在HSi納米線/TisSi3薄膜復(fù)合電極上制備了PST薄膜。利用XRD、SEM、TEM、Agilent4294A型阻抗分析儀等多種測(cè)試手段對(duì)薄膜的相結(jié)構(gòu)，結(jié)晶性能、表面形貌及介電可調(diào)性等進(jìn)行了研究，詳細(xì)討論了電極對(duì)PST薄膜結(jié)構(gòu)形成和介電可調(diào)性的影響，給出了電極對(duì)PST薄膜形成的影響過程和誘導(dǎo)形成的形成

5、機(jī)理，并通過模擬研究確認(rèn)了基于邊緣電場(chǎng)的低調(diào)制電壓高介電可調(diào)PST薄膜的調(diào)制行為。
　　 研究表明，在TiSi納米線/Ti5Si3薄膜電極上制備的PST薄膜受到TiSi和Ti5Si3電極結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)作用的影響，PST薄膜析晶溫度下降，同時(shí)PST晶相含量提高。這有利于PST薄膜的制備優(yōu)化，性能提高及在相關(guān)微電子器件中的應(yīng)用。同時(shí)，在TiSi納米線/Ti5Si3薄膜電極上制備的PST薄膜受納米線產(chǎn)生的強(qiáng)大邊緣電場(chǎng)的作用，其介電調(diào)制電壓降