快速退火对Pt/BST/Pt电容器结构和性能的影响

采用脉冲激光沉积(PLD)法在Pt/Ti/SiO2/Si(001)基片上制备了Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)薄膜,对Pt/BST/Pt电容器在空气中进行400℃快速退火(RTA)处理,研究了快速退火对Pt/BST/Pt电容器的结构和性能的影响。结果表明:快速退火虽然对BST薄膜的结晶质量影响较小,但却极大改善了Pt/BST/Pt电容器的电学性能。当测试频率为100kHz、直流偏压为0V时,介电损耗从快速退火前的0.07减小到0.03,介电常数和调谐率略有增加。快速退火后负向漏电流过大现象得到了明显抑制,正负向漏电流趋于对称,在300×103V/cm电场强度下,漏电流密度为4.83×10–5A/cm2。     

应用于DRAM的BST薄膜制备与性能研究

BaxSr1-xTiO3(BST)是动态随机存取存储器(DRAM)中常规电容介质SiO2的替代材料。用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法在Si及Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备出了较高品质的BST薄膜。系统地研究了在不同退火条件下薄膜的结晶情况、微结构和电学性能。在室温100kHz下,薄膜的介电常数为230。在3V的偏压下,薄膜的漏电流密度为1.6×10-7A/cm2。利用HCl/HF刻蚀溶液成功获得了分辨率达到微米量级的BST薄膜微图形。     

超薄高介电Er2O3栅介质薄膜的漏电机理

采用激光分子束外延设备在不同温度下制备了不同厚度的超薄晶态、非晶态高介电Er2O3栅介质薄膜,用X射线衍射和高分辨透射电镜分析了薄膜结构,用HP4142B半导体参数分析仪测试了Al/Er2O3/Si/Al结构MOS电容器的漏电流。XRD谱和HRTEM图像显示400℃以下制备的Er2O3薄膜呈非晶态,400℃到840℃制备的Er2O3薄膜是(111)方向高度择优取向的。电学测试表明：晶态Er2O3薄膜厚度由5.7 nm 减小到3.8 nm,漏电流密度从6.20×10-5 A/cm2突增到6.56×10-4 A/cm2,增加了一个数量级。而厚度3.8 nm的非晶Er2O3薄膜漏电流密度仅为1.73×10-5 A/cm2。漏电流数据分析显示高场下超薄Er2O3薄膜的漏电流主要来自于Fowler-Nordheim隧穿。低场下超薄晶态Er2O3薄膜较大的漏电流是由晶粒边界产生的杂质缺陷引起。     

TiO_2过渡层对Bi_(3.54)Nd_(0.46)Ti_3O_(12)薄膜微观结构及电性能的影响

选取厚度为5、10和20nm的TiO2薄膜为过渡层,采用sol-gel法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Bi3.54Nd0.46Ti3O12(BNT)铁电薄膜,研究了过渡层厚度对铁电薄膜微观结构及电学性质的影响。结果表明,加入TiO2过渡层后,BNT薄膜微观结构得到改善,εr及2Pr值大幅提高,介电损耗及漏电流密度都有降低。过渡层厚度为20nm时,BNT薄膜的εr、tanδ及2Pr值分别为325、0.025(测试频率为10kHz)和36.1×10–6C/cm2,漏电流密度为8.45×10–7A/cm2(外加电场为100×103V/cm)。     

溶胶-凝胶法制备外延Ba1-xSrxTiO3薄膜及其结构与性能研究

应用溶胶-凝胶技术在Pt/MgO(100)衬底上成功地制备了Ba0.65Sr0.35TiO3外延薄膜.XRD和SEM分析结果表明该薄膜在O2气氛中650℃热处理1h后,其(001)面是沿着Pt(100)和MgO(100)面外延取向生长的;薄膜表面均匀致密,厚度为260nm,平均晶粒大小为48.5nm.当测试频率为10kHz时,BST薄膜的介电常数和损耗因子分别为480和0.02.介电常数-温度关系测试结果表明sol-gel工艺制备的Ba0.65Sr0.35TiO3薄膜其居里温度在35℃左右,且在该温度下Ba0.65Sr0.35TiO3薄膜存在扩散铁电相变特征.当外加偏置电压为3V时,BST薄膜的漏电流密度为1.5×10-7A/cm2.该薄膜可作为制备新型非制冷红外焦平面阵列和先进非制冷红外热像仪的优选材料.     

湿N_2退火HfTiO和HfO_2栅介质Ge MOS电特性研究

采用反应磁控溅射方法在Ge衬底上分别制备了HfTiO和HfO2高κ栅介质薄膜,并研究了湿N2和干N2退火对介质性能的影响。由于GeOx在水气氛中的水解特性,湿N2退火能分解淀积过程中生长的锗氧化物,降低界面态和氧化物电荷密度,有效提高栅介质质量。测量结果表明,湿N2退火Al/HfTiO/n-GeMOS和Al/HfO2/n-GeMOS电容的栅介质等效厚度分别为3.2nm和3.7nm,-1V栅偏压下的栅极漏电流分别为1.08×10-5A/cm2和7.79×10-6A/cm2。实验结果还表明,HfTiO样品由于Ti元素的引入提高了介电性能,但是Ti的扩散也使得界面态密度升高。     

BST溶胶及其纳米晶铁电薄膜特性研究

考察了在溶胶-凝胶(Sol-Gel)工艺中化学添加剂对钛酸锶钡(BST)溶胶的粒度分布的影响。通过对化学添加剂的优选,制备出具有优异电性能的BST薄膜。X-射线衍射(XRD)表明在Pt/Cr/SiO2/Si衬底上制备的BST薄膜具有完整的钙钛矿结构,AFM表面形貌显示BST薄膜表面致密、平整、无裂纹,平均晶粒尺寸约50 nm。漏电流测试表明BST薄膜在0~9 V的外加偏压下始终保持着较低的漏电流,在外加偏压为8.8 V时,漏电流密度为2.9×10-6A/cm2。     

Co掺杂对BST薄膜介电性能的影响

用sol-gel法在Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备了掺Co的钛酸锶钡(BST)薄膜,研究了Co的掺杂量x(Co)对BST薄膜的晶相结构和电学性能的影响。结果表明:随着x(Co)的增加,BST薄膜的介电常数εr,介质损耗tgδ和漏电流密度JL均降低;当x(Co)为5%时,BST薄膜的εr、tgδ、JL、可调性和品质因子分别为:228.3、0.013、3.69×10–7 A/cm2、15.4%、12.03。     

退火温度对ZrO_2高介电薄膜电学性能的影响

利用反应磁控溅射法沉积了ZrO2介电薄膜,研究了退火温度对ZrO2介电薄膜电学性能的影响,并对漏电流最小的样品的漏电流机制进行了分析。结果表明,随着退火温度的升高,漏电流先减小后增大,退火温度为300℃时所制备薄膜的漏电流最小,当所加电压为–1.4 V时,漏电流密度为8.32×10–4 A/cm2。当所加正偏压为0-0.8 V和0.8-4.0 V时,该样品的漏电流主导机制分别为肖特基发射和直接隧穿电流;当所加负偏压为–1.7-0 V和–4.0-–1.7 V时,其主导机制分别为肖特基发射和空间电荷限制电流。     

利用Ba0.65Ru0.35TiO3缓冲层制备高热释电系数的Ba0.65Sr0.35TiO3薄膜

采用射频溅射,在Ba0.65Sr0.35TiO3(BST)薄膜和Pt/Ti/SiO2/Si衬底之间制备10 nm的Ba0.65Ru0.35RUO3 (BSR)缓冲层,研究了BSR缓冲层对BST薄膜结构和性能的影响.与没有BSR缓冲层的BST薄膜相比,BSR缓冲层可使BST薄膜呈高度a轴择优取向生长,改善了薄膜的介电常数,降低了薄膜的漏电流密度,使其热释电系数达到7.45×10-1 C cm-2 K-1.表明利用BSR缓冲层可以制备高热释电性能的BST薄膜.