论文摘要
在微电子技术日益发展的今天,电子器件与集成电路等应用领域对铁电材料提出了薄膜化的新需求。铁酸铋（BFO）薄膜材料有巨大的理论剩余极化强度,在非易失性存储器等领域有很好的应用前景,但因漏电流过大的缘故很难发挥其真正的性能。为减小BFO薄膜的漏电流并提高其剩余极化强度,本研究一方面通过优化制备工艺入手,采用脉冲激光沉积（PLD）技术制备高质量的BFO薄膜;另一方面利用具有低漏导、高介电常数特点的锆钛酸钡钙（BCZT）薄膜构筑叠层异质复合结构,以达到阻隔漏电流的作用。采用PLD技术在SrTiO3（111）衬底上沉积了纯相、外延生长的BFO薄膜。在PLD工艺参数中,衬底温度(Tsub)和氧分压(PO2)参数主要影响BFO薄膜的结晶性与成分,而激光能量密度（DL）参数则主要影响薄膜的结晶性与取向性。通过优化工艺参数,Tsub=650℃,DL=1.5 J/cm2,PO2=12.5 Pa时得到的BFO薄膜具有优秀的电学性能,极化强度2Pr=133.3μC/cm2,电场强度100 kV/cm漏电流密度为4×10-7A/cm2。通过对BFO薄膜漏电机制的探究,发现在较高电场强度下,存在杂相的BFO薄膜漏导由普尔-弗伦克尔发射机制主导,而纯相的BFO薄膜的漏导则由空间电荷限制电流（SCLC）机制主导。采用PLD技术在SrTiO3（111）衬底上沉积了外延生长BCZT薄膜。在制备工艺中,激光能量密度主要影响薄膜的结晶性,衬底温度和氧分压则对薄膜的结晶性和应变状态都有影响。Tsub=600℃,DL=1.5 J/cm2,PO2=15 Pa时得到的BCZT薄膜具有最高的介电常数和最低的介电损耗（εr=559,tanδ=0.037）,漏电流密度低至9×10-8A/cm2（E=100 kV/cm）,在低场下遵循欧姆导电机制,而在高场下遵循SCLC机制。在得到最优的单层薄膜制备工艺基础上,通过调整沉积次序构筑不同结构的异质复合薄膜,分别为BCZT/BFO、BFO/BCZT和BZCT/BFO/BCZT。叠层次序对各层薄膜的应变状态有较大的影响,进而造成电学性能上的差异。其中BFO/BCZT相比于单层BFO薄膜提高了剩余极化强度并降低了矫顽场强（2Pr=178.6μC/cm2,Ec=206 kV/cm）,且薄膜漏电流密度下降了约一个数量级,其漏电行为在低场强下符合SCLC机制,在高场下符合肖特基发射机制。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 陈歌
导师: 王传彬
关键词: 薄膜,异质复合薄膜,脉冲激光沉积,铁电性能
来源: 武汉理工大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑
专业: 物理学,材料科学,工业通用技术及设备
单位: 武汉理工大学
分类号: O484.4;TB383.2
DOI: 10.27381/d.cnki.gwlgu.2019.001160
总页数: 94
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