反铁电薄膜在高K材料上的制备以及在信息存储中的应用

作     者：张鑫 

作者单位：复旦大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汤庭鳌

授予年度：2009年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：铁电存储器 反铁电薄膜 PZT 高K材料 Al2O3 

摘      要：铁电存储器的存储原理是基于铁电薄膜的剩余极化,即当外加电场或电压撤去后,铁电薄膜仍存在正、负剩余极化值,分别对应于存储器的“1和“0数字信息。因此,铁电存储单元无需外电场和电压的维持,仍能保持原有的极化信息。铁电存储器虽然具有一些优异性能,但其研制中仍有一些急待解决的问题,如薄膜材料的选择,优质铁电薄膜要求有大的剩余极化值P和较低的矫顽场E,抗疲劳性能等。 PZT反铁电薄膜是过去的几十年中研究最广泛的一种薄膜材料。本文采用溶胶—凝胶(sol-gel)的方法,制备了PZT反铁电薄膜,并对工艺中的退火温度和铅过量进行了深入研究,这些研究结果改进了PZT反铁电薄膜的工艺方法,优化了薄膜的性能。得出了750℃为最佳的退火温度,铅过量20%为最佳的铅过量程度等结果。之后我们分析了H离子注入PZT铁电薄膜所产生类反铁电现象的机理。 PZT反铁电薄膜具有很多优异的特性,但在外加电压撤掉后,其剩余极化值接近于零,这一性质决定了其不能作为铁电存储器件的材料。本文是在高介电常数材料AlO上通过sol-gel的方法制备PZT反铁电薄膜。通过对反铁电薄膜电滞回线的测量,发现反铁电薄膜存在剩余极化值,并随着AlO/PZT薄膜厚度比的不断增大,剩余极化值P也不断增大。因此,反铁电薄膜的两个剩余极化值既可以作为两种状态被外电路读取,也可以作为调制沟道的源漏极导通状态来区别“0和“1。通过对MFIS结构的反铁电电容的C-V测量,发现了反铁电薄膜存在记忆窗口,并且随着外加电压的不断增大,记忆窗口电压也不断增大。这样就使PZT反铁电薄膜可以作为存储信息的材料应用于铁电存储器。