退火溫度對(duì)BENT薄膜鐵電性能和殘余應(yīng)力的影響.pdf

1、鉍層狀結(jié)構(gòu)鐵電體(BLSFs)鐵電薄膜由于在鐵電非揮發(fā)存儲(chǔ)器、熱釋電器件以及壓電器件領(lǐng)域具有非常大的應(yīng)用前景,而成為國(guó)際功能材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。它具有優(yōu)良的壓電、鐵電、熱釋電和電光等性能,同時(shí)還具有較高的耐擊穿強(qiáng)度和相對(duì)高的介電常數(shù),可廣泛應(yīng)用于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(Dynamic Random Access Memory,DRAM)、鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器(Ferroelectric Random Access Memory, FeRAM)、鐵電場(chǎng)

2、效應(yīng)晶體管(Ferroelectric Field Effect Transistor,FeFET)、光存儲(chǔ)器和光顯示器等光電子器件。Bi4Ti3O12(BTO)是一種典型層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電材料,但是它的剩余極化強(qiáng)度不高和抗疲勞性差。人們通過摻雜方法能夠改善鐵電薄膜材料的電學(xué)性質(zhì),但是并不是任意元素?fù)诫s都會(huì)得到好的效果,科學(xué)家們嘗試用不同的元素?fù)诫s的方法,制備出不同種類的BTO基鐵電薄膜材料,希望尋求到能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需要的鐵電薄膜材

3、料器件。
　　本論文所做實(shí)驗(yàn)中,制備出了高極化率的鐵電薄膜。在退火溫度600、650、700和750℃下,通過金屬有機(jī)物分解(MOD)法,制備了四組雙 A位摻雜Bi3.15(Eu0.7Nd0.15)Ti3O12(BENT)鐵電薄膜。主要研究了退火溫度對(duì)其電學(xué)性能和殘余應(yīng)力的影響。本論文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)在不同退火溫度600、650、700和750℃下,所有經(jīng)退火的樣品,薄膜表面無裂紋,為多晶鉍層狀鈣鈦礦相且沒有任何

4、焦綠石相出現(xiàn),Eu和Nd的摻雜也沒有影響薄膜的微觀晶體結(jié)構(gòu)。所有BENT鐵電薄膜中,退火溫度為650℃的樣品的鐵電性能最佳,在260KV/cm電場(chǎng)強(qiáng)度下,2Pr為最大103μC/cm2;在頻率為200KHz下,介電常數(shù)εr為最大1046;在225KV/cm電場(chǎng)強(qiáng)度下,漏電流J為最低1.15×10-8A/cm2。結(jié)果表明:適合的退火溫度將會(huì)影響雙摻雜BENT鐵電薄膜中Bi的含量。Bi過量將會(huì)導(dǎo)致自由空穴、離子和電子缺陷過多,造成薄膜內(nèi)部對(duì)

5、稱結(jié)構(gòu)和不對(duì)稱結(jié)構(gòu)中局域電子態(tài)的差異,Bi蒸發(fā)導(dǎo)致的Bi含量不足和高溫致使鐵電薄膜器件結(jié)構(gòu)缺陷,阻止極化翻轉(zhuǎn)。運(yùn)用位移效應(yīng)原理,對(duì)A位雙摻雜改善鐵電材料性能理論進(jìn)行了合理解釋。
　　(2)殘余應(yīng)力是影響薄膜力學(xué)性能的重要因素,殘余應(yīng)力達(dá)到一定程度將會(huì)引起薄膜/基底構(gòu)件的失效。本論文主要介紹采用X射線衍射技術(shù),采用傳統(tǒng)sin2ψ法四點(diǎn)法測(cè)量BENT了鐵電薄膜中的殘余應(yīng)力,并討論了退火溫度對(duì)殘余應(yīng)力的影響,以及殘余應(yīng)力與剩余極化強(qiáng)度之