铁电薄膜电滞回线测量的快速数值补偿方法研究

测量铁电薄膜电滞回线必须补偿漏电阻和线性电容的影响.本文采用Sawyer-Tower改进电路,分析了在正弦激励电场下漏电阻和线性电容对自发极化的影响,指出二者分别关于饱和极化点奇对称和偶对称;利用正峰值饱和极化点及其前后相邻两点共3对激励电压和极化电压,推导出漏电阻和线性电容计算公式,进而可实现电滞回线快速数值补偿.本算法漏电阻和线性电容的计算时间仅为二分法用时的2%.     

真空溅射制备PZT铁电薄膜

采用射频溅射法制备了ＰＺＴ铁电薄膜材料，测量了薄膜材料的介电常数和电滞回线，分析了薄膜的成分。ＸＲＤ分析结果表明，溅射形成的ＰＺＴ薄膜的结构和铁电性能强烈依赖于成膜工艺中的衬底温度。薄膜的居里点为２５０℃左右，靶的组成以Ｐｂ１．１０（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３为宜。     

Si基Bi4Ti3O12薄膜电滞回线及铁电性能的研究

采用溶胶-凝胶(Sol—Gel)法直接在p—Si衬底上制备生长Bi4Ti3O12铁电薄膜，研究了Ag／Bi4Ti3O12／p—si异质结电滞回线的特征及Bi4Ti3O12薄膜的铁电性能。空间电荷层的存在使Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜呈不对称的电滞回线并导致薄膜的极化减弱。退火温度同时影响了薄膜的晶粒尺寸和薄膜中的载流子浓度，而这两种因素对铁电性能的影响是相反的。Bi4Ti3O12薄膜的铁电性能随退火温度的变化是两种因素共同作用的结果。     

铁电微阵列的AFM图像及电滞回线测定

铁电阵列在红外探测器、非挥发性存储器中具有重要应用。随着大面积、微格点铁电阵列制备技术的发展,评价亚微米、甚至纳米级微小格点的铁电特性对于铁电器件的设计和制造具有重要意义。本研究将铁电仪和扫描探针显微镜相连,在扫描探针显微镜的AFM模式下,采用带有导电涂层的探针,通过扫描获得铁电阵列的三维像。据此图像,可以把探针定位于特定的微小格点上,由铁电仪通过AFM探针提供电压,并经探针悬臂梁将测试信号反馈给铁电仪,在无顶电极的情况下就可以获得微小铁电格点的电滞回线。     

电极对PZT铁电薄膜性能的影响

用溶胶－凝胶法制备ＰＺＴ铁电薄膜。以Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ为底电极，Ａｕ为上电极，形成金属－铁电薄膜－金属结构的铁电电容器。研究电极对ＰＺＴ铁电薄膜结构和电性能的影响，实验发现，金属Ｔｉ的厚度会影响ＰＺＴ铁电薄膜的结构。界面层的存在使介电系数、自发极化、矫顽电压、漏电流都与薄膜的厚度有关。     

Si基Bi_4Ti_3O_(12)薄膜电滞回线及铁电性能的研究

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法直接在p-Si衬底上制备生长Bi4Ti3O12铁电薄膜,研究了Ag/Bi4Ti3O12/p-Si异质结电滞回线的特征及Bi4Ti3O12薄膜的铁电性能。空间电荷层的存在使Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜呈不对称的电滞回线并导致薄膜的极化减弱。退火温度同时影响了薄膜的晶粒尺寸和薄膜中的载流子浓度,而这两种因素对铁电性能的影响是相反的。Bi4Ti3O12薄膜的铁电性能随退火温度的变化是两种因素共同作用的结果。     

RF溅射法制备PZT铁电薄膜及其表征

采用对靶溅射法在SiO2/Si基板上沉积Pt/Ti底电极,用射频(RF)溅射法在Pt/Ti/SiO2/Si基板上制备了厚度约800 nm的PZT薄膜。XRD分析表明,Ar气氛中沉积,700℃下快速退火(RTA)20 min所得的PZT薄膜具有钙钛矿结构;SEM、AFM分析表明,该条件下所得薄膜的表面由平均粒径约219 nm的晶粒组成,较为均匀、致密。在1 kHz的测试频率下,PZT薄膜的介电常数为327.6,从电滞回线上可以得出,该PZT薄膜的矫顽场强为50 kV/cm,剩余极化强度和自发极化强度分别为10μC/cm2、13μC/cm2。     

PZT铁电薄膜介电性能测试研究

运用数字锁相技术研究了Pb(Zr,Ti)O_3(PZT)铁电薄膜的介电性能测试技术,随着薄膜微图形化尺寸的缩小,电路寄生参数的影响将逐渐变大并成为主导因素,从而严重影响薄膜介电性能测试的准确性.通过补偿方法,消除了电路寄生参数的影响,准确测量了薄膜的介电常数.通过对溶胶-凝胶制备的PZT薄膜样品的介电性能测试表明,上述补偿法可满足PZT铁电薄膜制备技术及微机电系统中器件设计对PZT微图形性能测试的要求.     

多功能铁电材料测试系统的硬件设计与开发

为了提高铁电材料性能测试设备的集成度、重复性和极化安全性,介绍自行开发的多功能铁电材料测试系统的硬件结构与设计原则和思路,主要包括极化装置的设计与加工、积分放大电路的设计、硬件之间的连接、分析软件的编写、软硬件之间的通讯等。实现在不同温度点下,封闭式安全极化及电滞回线的数据采集与处理。填补了国内中档产品的空白,造价是国外设备的1/3,但精度相当。     

PZT薄膜的深槽反应离子刻蚀研究

研究了锆钛酸铅(PZT)薄膜的深槽反应离子刻蚀(DRIE)技术。首先,对比了3种工艺气氛条件下(SF6/Ar、CF4/Ar和CHF3/Ar)刻蚀PZT的效果。实验结果表明,3种工艺气氛下,刻蚀速率都随功率的增加而增加。相同功率下,SF6/Ar的刻蚀速率最高;而CHF3/Ar刻蚀PZT的图形形貌最好,对光刻胶的选择比也最好。最后得出了优化的工艺条件为采用CHF3/Ar,射频(RF)功率为160 W,气体流量比为3∶4(CHF3∶Ar=30 cm3/min:40 cm3/min)时,PZT薄膜的刻蚀速率为9 nm/min,光刻胶的选择比为7。     

溶胶一凝胶工艺对PZT铁电薄膜结构的影响

本文阐述了用溶胶一凝胶法制备锆钛酸铅（ＰＺＴ）铁电薄膜的工艺参数对薄膜结构的影响。实验表明，采用合适的工艺参数能制备出具有钙钛矿型结构的ＰＺＴ铁电薄膜。     

掺杂铌和钴元素的PZT薄膜的残余应力测定

锆钛酸铅(PZT)薄膜具有优异的压电性能,是制作微机电系统(MEMS)振动式能量收集器的理想材料。在溶胶-凝胶法制备PZT薄膜的过程中产生的残余应力会对能量收集器有负面影响。该文利用X线衍射法对在退火温度分别为650℃、700℃、750℃、800℃下掺杂铌(Nb)和钴(Co)元素的PZT薄膜样品的残余应力进行了测定。实验结果表明,PZT薄膜样品中的残余应力表现为压应力,从650℃升高到750℃的过程中,随着退火温度的升高薄膜中的残余应力增大;直到750℃附近后,残余应力基本保持稳定。     

梯度煅烧对PZT铁电薄膜表面形貌的影响

研究了通过梯度煅烧制度改善薄膜开裂同题的方法和机理。实验在Al2O3基片上采用溶胶-凝胶（Sol-Gel）法制备了PZT铁电薄膜，发现薄膜的开裂程度随预烧制度的不同而存在明显的差别。结果表明，通过选择薄膜的预烧温度，使各个薄膜层的预烧温度呈梯度分布，可减小薄膜中的应力，从而改善薄膜的开裂情况。     

PZT铁电薄膜的反应离子刻蚀研究

介绍了一种刻蚀效果良好的PZT铁电薄膜反应离子刻蚀方法.利用深反应离子刻蚀设备研究了反应离子刻蚀中刻蚀气氛、刻蚀功率及刻蚀气体流量等因素对PZT薄膜刻蚀效果的影响.实验结果表明,刻蚀气体采用SF6、刻蚀功率为250 W、SF6/Ar总流量为25 cm3/min(其中SF6:Ar为20:5)时刻蚀效果最优.利用优化后的工艺条件制作出可用于铁电存储器的铁电电容并测试其电学特性,得到了较理想的电滞回线和漏电流.     

PZT铁电薄膜湿法刻蚀技术研究

介绍了一种刻蚀效果良好的PZT薄膜的湿法刻蚀方法。在分析了刻蚀液成分对刻蚀效果影响的基础上,选择体积比为1∶2∶4∶4的BHF/HCl/NH4Cl/H2O溶液作为刻蚀液,刻蚀速率为0.016μm/s。实验表明,刻蚀得到的PZT薄膜图形表面无残留物,侧蚀比小(1.5∶1),侧面倾角约60°。刻蚀液对光刻胶和PZT薄膜底电极Pt的选择性好,该工艺适用于MEMS领域中PZT薄膜的微图形化。     

纳米尺度压电薄膜PZT的结构特征和性能

采用改进的溶胶-凝胶(Sol-Gel)方法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备锆钛酸铅(PZT)纳米晶薄膜,研究了不同的热处理方式对PZT薄膜的晶粒结构、尺寸及电学性能的影响。X-射线衍射(XRD)分析表明:传统的热处理方式更有利于得到具有一定择优取向性的PZT薄膜。原子力显微镜(AFM)显示:快速热处理方式使PZT薄膜的晶粒具有自形晶结构,晶粒的排布更为有序,从而改善了薄膜的致密性。阻抗分析仪的测试结果表明:经快速热处理的薄膜,漏电流大约比传统热处理处理的薄膜的漏电流降低了20倍左右。     

采用PZT薄膜的体声波RF滤波器设计

在分析体声波滤器的原理、结构及相关参数的基础上,结合锆钛酸铅薄膜的材料特性,提出了一种射频体声波滤波器设计。设计中考虑了衬底、电极的质量加载对中心频点的影响,模拟了不同连接方法下滤波器的频率特性,探讨了薄膜材料的制备、退火、刻蚀工艺的选择与优化。