钛酸铅镧钙薄膜的微观结构表征及电学性能研究

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PbTiO3基铁电薄膜在热释电探测器,动态随机存储器,非挥发性铁电存储器及微电机械系统中具有广泛的应用前景。但是,将PT基铁电薄膜应用于实际器件时还存在一些障碍,总的来说主要有体材料优良电学性能的保持,降低处理温度,提高抗极化疲劳和降低漏电流四方面。本文以Pb1-x-yLaxCayTi1-x/4O3薄膜为研究对象,主要研究了掺杂对薄膜的微观结构表征及电学性能的研究。   首先,运用Sol-Gel法在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上制备Pb1-x-yLaxCayTi1-x/4O3(x=0.2,y=0);(x=0.15,y=0.05);(x=0.1,y=0.1);(x=0.05,y=0.15);(x=0,y=0.2)五种铁电薄膜,研究掺杂工艺对薄膜织构控制的影响。采用XRD手段对薄膜的物相和织构取向进行分析,然后对五种薄膜进行剩余极化强度和抗极化疲劳性能测试。其次,在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上先涂覆一层Pb0.8La0.1Ca0.1Ti0.975O3薄膜后运用磁控溅射法溅射一层Pb0.8Ca0.2TiO3薄膜,运用小角X射线衍射分析测量种子层Pb0.8La0.1Ca0.1Ti0.975O3薄膜的厚度,研究种子层对Pb0.8Ca0.2TiO3薄膜的织构性能优化,采用AFM(原子力扫描显微镜)对优化后的Pb0.8Ca0.2TiO3薄膜进行表面形貌分析,并运用铁电测试仪测试了漏电特性。   实验结果表明,改变掺杂pb3+,Ca2+离子含量的PbTiO3基铁电薄膜的衍射峰强度存在着明显的差别,薄膜织构得到有效的控制,La3+离子和Ca2+离子的掺入增加了晶格畸变和不对称取代,出现了(200)衍射峰向着高角位方向偏移。高低价金属离子混合掺杂至(x=0.1,y=0.1)时剩余极化强度得到了增加,随后随着Ca2+离子的继续增加,剩余极化强度却降低。通过小角XRD测得薄膜厚度为14nm,而且通过种子层的XRD谱可知450℃退火时,薄膜具有强烈的(100)衍射峰,展现完整的钙钛矿结构。通过种子层成功的实现了控制Pb0.8Ca0.2TiO3薄膜的(100)织构得到增强,同时种子层不但改善了Pb0.8Ca0.2TiO3薄膜表面形貌,而且降低了薄膜的漏电流密度。
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