RF磁控溅射制备钛酸锶钡BST纳米薄膜

钛酸锶钡(BST)薄膜作为一种高K介质材料在微电子和微机电系统等领域具有广阔的应用前景,人们已对BST薄膜的制备工艺技术和介电性能进行了大量的研究。BST纳米薄膜的制备工艺直接影响和决定着薄膜的介电性能(介电常数、漏电流密度、介电强度等)。对RF磁控反应溅射制备BST纳米薄膜的工艺技术进行了综述。从溅射靶的制备、溅射工艺参数的优化、热处理、薄膜组分的控制,及制备工艺对介电性能的影响等方面,对现有研究成果进行了较全面的总结。     

溶胶—凝胶法制备BST铁电薄膜及性能研究

研究了一种以水为溶剂的(Ba     

BST铁电薄膜的制备及介电性能研究

通过射频磁控溅射法,采用高温溅射、低温溅射高温退火两种不同的工艺制备了钛酸锶钡(BST)薄膜。分析两种不同的工艺对BST薄膜的结构、微观形貌及介电性能的影响。采用X线衍射(XRD)分析了样品的微观结构。采用扫描电镜(SEM)和台阶仪分别测试了样品的微观形貌和表面轮廓。通过能谱分析(EDS)得到了薄膜均一性的情况。最后通过电容-电压(C-V)曲线测试得到BST薄膜的介电常数偏压特性。结果表明,与低温溅射高温退火工艺制备的BST薄膜相比,高温溅射制备的BST薄膜结晶度好,致密性高,表面光滑,薄膜成分分布较均一。因此,采用高温溅射得到的BST薄膜性能较好。在频率300 kHz时,采用高温溅射制备的BST薄膜介电常数为127.5～82.0,可调谐率为23.86%～27.9%。     

浓度对Sol-Gel法制备BST薄膜结晶及介电性能的影响

以醋酸锶、醋酸钡和钛酸四丁酯为前驱体原料,配制了不同浓度(0.05mol/L、0.1mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L)的Ba0.65Sr0.35TiO3溶胶,采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)和旋涂工艺,成功制备了BST薄膜.采用XRD、SEM和阻抗分析仪研究分析了前驱液浓度对BST薄膜的结晶、微观形貌和性能的影响.结果表明,在相同热处理温度下,随着前驱液浓度增加,薄膜的结晶程度、晶粒生长情况和介电常数依次提高,介电损耗降低.浓度为0.5mol/l的溶胶形成的薄膜的结晶程度较好;晶粒发育完善,晶粒与晶粒之间比较紧密,表面光滑致密无裂纹,颗粒尺寸约为60nm～80nm;且其介电性能最佳.     

BST薄膜的膜厚与铁电性能关系研究

采用射频磁控溅射法制备了Ba.6Sr0.4TiO3(BST)薄膜,研究了不同膜厚的BST薄膜的介电偏压特性曲线和电滞回线。结果表明,当膜厚从250nm增加到650nm时,BST薄膜的εr、εr的电压变化率和最大极化强度分别从195,9%,4.7×10–6C/cm2逐渐增加到1543,19%,30×10–6C/cm2,而矫顽场强随膜厚的变化较复杂。进一步分析发现,膜厚通过影响矫顽场强和最大极化强度进而影响铁电薄膜的电压非线性。     

Si衬底上采用溅射Fe/Si纳米多层结构制备β-FeSi2薄膜

采用磁控溅射的方法在Si衬底上生长Fe/Si多层膜,退火后形成了硅化物薄膜。利用X射线衍射(XRD)、Raman光谱、原子力显微镜(AFM)研究了Fe/Si膜厚比和退火温度对薄膜结构特性的影响。研究表明,当Fe/Si膜厚比为1/2,预先在衬底上沉积Fe缓冲层,退火温度为750℃,形成的硅化物为β-FeSi2,晶粒的平均尺寸大约为50nm,且分布得比较均匀。如果Fe/Si厚度比为1/1或3/10时,形成的硅化物为ε-FeSi。随着退火温度的升高,Fe/Si之间的相互扩散逐渐增强,当退火温度为1 000℃时,形成了富硅的二硅化物的高温相α-FeSi2。     

射频磁控溅射法制备BST薄膜及性能研究

采用射频磁控溅射法制备了钛酸锶钡薄膜材料,研究了薄膜的晶体结构和微观形貌,测试了其偏压特性曲线和电滞回线。初步探讨了εr-E曲线、电滞回线发生平移的原因：上下电极与钛酸锶钡薄膜间的界面势垒不对称。     

新型sol-gel技术制备BST 0-3型厚膜

采用传统高温固相烧结法合成了Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)陶瓷粉,并用高能球磨法将其细化为纳米粉,均匀分散于组分相同的BST溶胶中,形成稳定的厚膜先体溶液,而后用匀胶法制备出厚度约为6.5μm的BST厚膜。XRD测试结果表明,650℃热处理后的厚膜为单一钙钛矿相。SEM观测显示厚膜表面均匀一致,无裂纹出现。800℃热处理后的厚膜在室温、频率1kHz下相对介电常数εr和介质损耗tgδ分别为455、0.036。     

BST薄膜的Sol-Gel法制备及其电学性能的研究

应用溶胶-凝胶（Sol-Gel)工艺制备了组分为r（Ba:Sr)=0.65:0.35的BST薄膜，研究了BST薄膜的显微结构、介电特性和漏电流特性，实验结果表明：BST薄膜经650℃热处理后，巳形成完整的立方钙钛矿结构，薄膜经900℃热处理后，其表面光滑、致密、无裂纹、无针孔，圆球形的小颗粒均匀分布。当偏置电压为0时，BST薄膜的介电常数和损耗因子分别为542和0.035。漏电流特性分析结果表明：采用RuO2作为底电极，在1.5V的偏压下BST薄膜的漏电流密度为0.52μA/Cm^2，该值比Pt/RuO2混合底电极上制备的BST薄膜的漏电流密度（72nA/cm^2)大1个数量级，因此，Pt/RuO2混合底电极既克服了RuO2底电极漏电流大的缺点，又解决了Pt底电极难以刻蚀的困难，是制备大规模动态随机存取存储器的电容器列阵的最低底电极材料。     

溅射功率和气氛对Sialon薄膜，介电性能的影响

采用射频磁控溅射法分别在Ar/N2和Ar/O2气氛中制备了厚度为80～300nm的SiMon薄膜,研究了沉积功率对SiMon薄膜的介电性能的影响.发现在Ar/N2气氛中沉积的Sialon薄膜具有较高的介电常数,漏电流密度和介电损耗也稍大.在Ar/N2气氛下沉积的SiMon薄膜的介电常数在4.8～8.5之间,反映介电损耗的参数△Vy在0.010～0.045V之间,在50MV/m直流电场下的正、反向漏电流密度在10-10～10-8数量级,击穿场强在201～476 MV/m;在Ar/O2气氛下沉积的SiMon薄膜的介电常数在3.6-5.3之间,反映介电损耗的参数△Vy小于0.01V,在50MV/m直流电场下的正、反向漏电流密度在10-10～10-9数量级,击穿场强在260～305 MV/m之间.该绝缘薄膜应用于以Zn2SixGe1-xO4:Mn为发光层的无机EL显示器件和以IGZO为有源层的TFT器件中获得了较好的结果.     

退火对BST薄膜光学特性影响的研究

利用射频磁控溅射在硅和石英基片上制备了Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)薄膜。并用气氛炉和快速晶化炉对其进行退火,比较了退火前后的XRD谱和光致发光光谱,结果表明,退火后,氧缺位减少,发光光谱在紫外区的峰位发生红移,在可见光区的峰位却发生蓝移,荧光峰半高宽变窄。同时,透射光谱表明,薄膜的禁带宽度变窄。     

退火温度对铁电薄膜钛酸锶钡的影响

用醋酸盐和钛酸酯为原料,采用改进的Sol-gel工艺在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备出Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)铁电薄膜,然后进一步对薄膜进行退火实验:对(110)方向生长BST薄膜在550～750℃进行恒温退火.X射线衍射分析表明:退火温度在650℃以上时,BST薄膜转变为较为完整的ABO3型钙钛矿晶体结构,更高的退火温度将提高晶体的取向度.     

钛酸锶钡(BST)薄膜的XPS研究

采用射频磁控溅射法在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备了BaxSr1-xTiO3(BST)薄膜,对BST／Pt／Ti／SiO3／Si结构进行了XPS深度分析。研究结果表明：制备的BST薄膜内部化学成分基本一致;氧缺位在薄膜体内比表面更严重)Pt底电极向薄膜、衬底之间扩散,BST／Pt及Pt／SiO2之间存在明显的界面过渡层。     

sol-gel法制备的BST薄膜的晶化行为研究进展

重点综述了前驱体、基片和热处理工艺等因素对sol-gel法制备的钛酸锶钡BST(Ba1-SrxTiO3)铁电薄膜的晶x化行为及介电性能的影响,并从动力学和热力学角度进行了解释,进而提出一些实用措施:选用低温分解的羧酸盐和加有螯合剂的钛醇盐作原料、采用与BST晶格匹配度好的基片、提高升温速率、加入晶种或理想的添加剂等,来消除或减弱中间相的影响以实现低温下高介电性能的BST薄膜的sol-gel制备;最后,提出了研究中需进一步解决的课题。     

BST超细粉体的水热法形成机理及工艺控制

采用水热法制备了不同组成的BaxSr1–TiO3(BST)超细粉体。利用DTA/TGA、XRD、TEM等技术分析了x水热反应转变机理和BST相结构转变及微观形貌情况。研究了制备纳米BST粉体的各种影响因素。结果表明:获得的BST粉体颗粒度较细,钙钛矿结构通过络合物中间相和TiO2扩散形成,粒径为20~40nm,其最佳的工艺参数为温度在190~240℃,r(Ba/Ti)=3、r(Sr/Ti)=1/4或者r(Ba/Ti)=1/3、r(Sr/Ti)=4/5,KOH浓度为1.5~2mol/L。     

溶胶-凝胶法制备硼硅玻璃掺杂BST陶瓷的研究

研究了Si-B-O系玻璃掺杂对钛酸锶钡(BST)陶瓷的相结构和介电性能的影响.实验结果表明,当x(SiO_2)＞10%时,Si-B-O系玻璃掺杂BST陶瓷易出现杂相,即Ba_2TiSi_2O_8相.x(SiO_2)≤10%,Si-B-O系玻璃掺杂BST陶瓷粉体的相结构为立方钙钛矿相结构,其合成温度大于等于600 ℃,不存在第二相. Si-B-O系玻璃掺杂BST陶瓷的烧结温度低于传统工艺.Si-B-O系玻璃掺杂BST陶瓷的显微结构呈细晶结构(晶粒尺寸＜1 μm).随玻璃含量的增加,Si-B-O系玻璃掺杂BST陶瓷介电常数ε降低,介电峰变低,平坦,峰形宽化,介电损耗降低,居里温度TC向低温移动.     

非致冷钛酸锶钡铁电薄膜红外探测器

采用半导体微机械(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技术制备了具有热隔离微桥的8×8元非致冷Ba0.8Sr02TiO3薄膜红外探测器列阵原型器件.热释电性能优良的Ba0.8Sr0.2TiO3薄膜是使用浓度为0.05M的前躯体溶液、采用Sol-Gel制备的.在5～30℃的温度范围内,Ba0.8Sro2TiO3薄膜的热释电系数大于20nC/cm2K,在16.8℃处达到最大值41.3 nC/cm2K.在19℃的环境温度下,使用500 K黑体作为红外辐射源,测得10 Hz调制频率下,探测单元的探测率D*为5.9 × 107cmHz1/2W-1.对器件结构的进一步改进和测试条件的进一步改善可望获得更高的探测率.     

R.F.溅射Ba_(0.5)Sr_(0.5)TiO_3/RuO_2薄膜及其介电特性研究

用R.F.磁控溅射法在p—Si(100)衬底上沉积Ba0.5Sr0.5TiO3/RuO2异质结,BST薄膜的晶相和表面形貌用XRD和SEM分析,表明在衬底温度为550℃时,薄膜的结晶度高、表面粗糙、晶粒较大.电容器InGa/BST/RuO2的介电特性由ε-V特性和I—V特性描述.薄膜在零偏压下ε=230、tgδ≈0.03.低电场条件下,薄膜的漏电流随电压呈饱和特性,属电子跳跃传导,且通过改善薄膜的结晶度可减小该漏电流.高电场条件下,漏电流符合肖特基发射规律.