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(La_(0.5)Sr_(0.5))CoO_3为电极的Pb(Zr_(0.4)Ti_(0.6))O_3和Pb(Zr_(0.2)Ti_(0.8))O_3铁电电容器结构及电学性能

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人工晶体学报 2013年第1期42卷 129-133页

作者：贾冬梅刘保亭彭增伟郝彦磊朱慧娟张宪贵河北大学物理科学与技术学院保定071002

分别采用磁控溅射法和溶胶-凝胶法(Sol-gel)制备了(La0.5Sr0.5)CoO3(LSCO)和Pb(Zr1-xTix)O3(PZT)薄膜,在Pt(111)/Ti/SiO2/Si基片上构架了LSCO/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT(40/60))/LSCO和LSCO/Pb(Zr0.2Ti0.8)O3(PZT(20/80))/LSCO铁电电容器,研究了两种铁电电容器的结构和性能。XRD结构分析表明:两种四方相的不同Zr/Ti比例的PZT薄膜均为结晶良好的多晶钙钛矿结构。在5 V测试电压下,LSCO/PZT(40/60)/LSCO和LSCO/PZT(20/80)/LSCO两种铁电电容器的剩余极化强度(Pr)和矫顽场(Ec)分别为:28μC/cm2和1.2 V以及32μC/cm2和2 V。相对于PZT(40/60),PZT(20/80)具有较大的剩余极化强度和矫顽场,是由于其矩形度(c/a)较大。两种电容器都具有较好的脉宽依赖性和抗疲劳性。在5 V的测试电压下,LSCO/PZT(40/60)/LSCO电容器的漏电流密度为3.2×10-5A/cm2,LSCO/PZT(20/80)/LSCO电容器的漏电流密度为3.11×10-4A/cm2,经拟合分析发现:在0～5 V的范围内,两种电容器都满足欧姆导电机制。

关键词： Pb(Zr1-xTix)O3 铁电电容器溶胶-凝胶矫顽场脉宽依赖性疲劳特性

Pb过量对以Ti-Al为阻挡层的硅基铁电电容器极化翻转性能的影响

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人工晶体学报 2011年第6期40卷 1552-1556页

作者：刘卓佳刘保亭彭增伟代秀红闫会芳付跃举赵庆勋河北大学物理科学与技术学院保定071002

以射频磁控溅射法生长的La0.5Sr0.5CoO3(LSCO)为电极,采用溶胶-凝胶法在以Ti-Al为导电阻挡层的Si基片上生长了用不同Pb过量前驱体溶液(溶胶)制备的LSCO/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT)/LSCO电容器,以此构造了Pt/LSCO/PZT/LSCO/Ti-Al/Si异质结。Pb过量对LSCO/PZT/LSCO电容器极化翻转性能的影响表明:不同Pb过量溶胶对电容器的极化翻转性能影响很大,其中Pb过量15%的溶胶制备的样品在550℃常规退火1 h后相对具有较好的翻转性能。在5 V的外加电场下,LSCO/PZT/LSCO电容器的矫顽电压和剩余极化强度分别为1.25 V和24.6μC/cm2。疲劳和电阻率测试分析表明:在经过109翻转后,不同样品的抗疲劳性能均很好,而电阻率随前驱体溶液Pb过量的增加呈现下降的趋势。

关键词： Pb过量铁电电容器 PZT 极化翻转溶胶-凝胶

薄膜厚度对PZT/STO铁电电容器隧穿电阻的影响

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功能材料 2013年第3期44卷 363-366,370页

作者：王英龙刘林张鹏程梁伟华丁学成褚立志邓泽超河北大学物理科学与技术学院河北保定071002

结合Landau-Devonshire自由能理论和晶格模型,研究了PbZr1-xTixO3(PZT)/SrTiO3(STO)复合薄膜中PZT和STO厚度对铁电隧道结极化强度、电导和隧穿电阻等的影响。模拟结果表明,随着层数增加,极化强度增大;平均极化强度随着PZT厚度增加而增强... 详细信息

结合Landau-Devonshire自由能理论和晶格模型,研究了PbZr1-xTixO3(PZT)/SrTiO3(STO)复合薄膜中PZT和STO厚度对铁电隧道结极化强度、电导和隧穿电阻等的影响。模拟结果表明,随着层数增加,极化强度增大;平均极化强度随着PZT厚度增加而增强,随着STO厚度增加而减弱;随着PZT和STO厚度增加,电导减小,隧穿电阻率增加;当厚度变化相同时,PZT引起电导的变化大,隧穿电阻率变化小。考虑薄膜面积的影响,当薄膜面积从无限大变成有限大时,极化强度、电导和隧穿电阻均减小。

关键词：铁电电容器隧穿效应 Landau模型 PZT

La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_(3)/PbZr_(0.4)Ti_(0.6)O_(3)/La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_(3)外延铁电电容器物理性能

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河北大学学报（自然科学版） 2022年第4期42卷 364-369页

作者：薛迎港孟浩王照文赵文泽刘保亭代秀红河北大学物理科学与技术学院河北保定071002 河北大学电子信息工程学院河北保定071002

采用脉冲激光沉积法制备La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_(3)(LSMO)薄膜,溶胶-凝胶法制备PbZr_(0.4)Ti_(0.6)O_(3)(PZT)薄膜,在SrTiO_(3)(STO)基片上制备了LSMO/PZT/LSMO异质结电容器.X线衍射(XRD)研究表明LSMO和PZT薄膜在STO基片上实现了外延生长.LSMO/PZT/LSMO电容器具有良好的铁电性能,在5 V测试电压下,剩余极化强度为26.9μC/cm^(2),矫顽电压为2.5 V,LSMO/PZT/LSMO电容器显示出了良好的抗疲劳性能.5 V电压下电容器的漏电流密度为7.4×10^(-6) A/cm^(2),在0~2.9 V为欧姆导电机制,2.9~5 V满足空间电荷限制电流(SCLC)导电机制.

关键词：铁电电容器锆钛酸铅镧锶锰氧脉冲激光沉积法溶胶-凝胶法漏电机理

含铜铁电电容器SrRuO_3/Pb(Zr_(0.4)Ti_(0.6))O_3/SrRuO_3/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO_2/Si异质结的研究

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物理学报 2011年第11期60卷 650-658页

作者：陈剑辉刘保亭赵庆勋崔永亮赵冬月郭哲河北大学物理科学与技术学院保定071002

应用磁控溅射法以Ni-Al同时作为Cu与SiO2/Si,Cu与SRO薄膜之间的阻挡层材料,将Cu与SiO2/Si衬底和氧化物薄膜电极隔离,避免它们在高温氧气氛中发生化学反应和互扩散,实现了Cu薄膜与氧化物铁电电容器的集成.采用X射线衍射仪(XRD)和原子力... 详细信息

应用磁控溅射法以Ni-Al同时作为Cu与SiO2/Si,Cu与SRO薄膜之间的阻挡层材料,将Cu与SiO2/Si衬底和氧化物薄膜电极隔离,避免它们在高温氧气氛中发生化学反应和互扩散,实现了Cu薄膜与氧化物铁电电容器的集成.采用X射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)研究了不同温度下快速退火的SrRuO3(SRO)/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO2/Si含Cu异质结的微结构和表面形貌,结果发现SRO/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO2/Si含Cu多层异质结薄膜在高达750℃仍然具有较强的Cu衍射峰和比较平整的表面,显示出了很好的高温热稳定性.研究了"室温长高温退"和"低温长高温退"两种工艺手段,发现在制备含Cu多层氧化物薄膜异质结时,低温长高温后退火的方式要优于常规的室温长高温后退火方式,通过低温长高温退工艺可以缓解应力、削弱界面粗化和避免高温生长对阻挡层和Cu薄膜结构的破坏.最后结合sol-gel法将Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT)生长在该含Cu异质结上,制备得SRO/PZT/SRO/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO2/Si含Cu铁电电容器,研究了电容器的薄膜结构、铁电性能和漏电特性等,发现制备的含Cu铁电电容器具有很好的铁电性能,如电滞回线趋势饱和,剩余极化强度高达～42μC/cm2,矫顽电压为～1.0V,介电常数～1600,漏电流～1.83×10-4A/cm2,以及良好的抗疲劳特性和保持特性等,表明导电性优良的Cu薄膜可以应用于高密度高性能铁电电容器.对其漏电机理研究表明,SRO/PZT/SRO含Cu铁电电容器满足空间电荷限制传导机理.

关键词： Cu PZT 铁电电容器 Ni-Al

钛含量对PZT/STO铁电电容器隧穿电阻的影响

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河北大学学报（自然科学版） 2012年第6期32卷 587-591页

作者：王英龙刘林梁伟华丁学成褚立志河北大学物理科学与技术学院河北保定071002

采用Landau-Devonshire自由能理论和晶格模型,研究了PbZr1-xTixO3(PZT)/SrTiO3(STO)复合薄膜中PZT的钛(Ti)含量(x=0.5,0.6,0.8,1.0)对铁电隧道结极化强度、总电势、电导和隧穿电阻等的影响,从而增大隧穿电阻.模拟结果表明:随着层数增加... 详细信息

采用Landau-Devonshire自由能理论和晶格模型,研究了PbZr1-xTixO3(PZT)/SrTiO3(STO)复合薄膜中PZT的钛(Ti)含量(x=0.5,0.6,0.8,1.0)对铁电隧道结极化强度、总电势、电导和隧穿电阻等的影响,从而增大隧穿电阻.模拟结果表明:随着层数增加,复合薄膜极化强度增大;随着Ti含量增加,隧道结电导先减小后增大,其隧穿电阻率先增大后减小;PZT极化强度、STO总电势和PZT总电势的斜率均在x=0.8时最大.

关键词：铁电电容器隧穿效应 Landau模型 PZT

用于硅基含铜铁电电容器集成的Ti-Al阻挡层

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用于硅基含铜铁电电容器集成的Ti-Al阻挡层

作者：邢金柱河北大学

学位级别：硕士

磁控溅射法制备了Ti-Al(40 nm),超薄Ti-Al(4 nm)薄膜,分别采用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、四探针检测仪(Four-Point Probe)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对阻挡层性能进行了分析。研究了退火温度对Ti-Al薄膜阻挡性能的影响... 详细信息

磁控溅射法制备了Ti-Al(40 nm),超薄Ti-Al(4 nm)薄膜,分别采用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、四探针检测仪(Four-Point Probe)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对阻挡层性能进行了分析。研究了退火温度对Ti-Al薄膜阻挡性能的影响。研究发现温度从室温到750℃样品表面粗糙度和方块电阻没有急剧升高,并且XRD曲线中没有Cu-Si等杂相出现。600℃退火后超薄非晶Ti-Al阻挡层(4 nm)临界面之间仍然是非常清晰平整,并没有反应和互扩散的发生。以上研究数据说明Ti-Al(40 nm)和Ti-Al(4 nm)阻挡层在750℃仍保持良好的阻挡效果。通过磁控溅射法制备了超薄复合阻挡层Ta(5 nm)/Ti-Al(5 nm)。通过XRD、AFM、FFP对阻挡性能进了研究。样品在高达800℃退火温度下仍然没有硅铜化合物的出现,Ti-Al保持非晶状态,样品均方根粗糙度和方块电阻并没有明显升高。以上研究数据说明超薄复合阻挡层Ta(5 nm)/Ti-Al(5 nm)在高达800℃高温下表现出了良好的阻挡性能。应用Ti-Al作为抗氧化阻挡层,采用磁控溅射法和溶胶.凝胶法构架了Pt/LSCO/Pb(Zr, Ti)O3(PZT)/LSCO/Ti-Al/Cu/Ti-Al/Si铁电电容器异质结,实现了Cu薄膜与铁电电容器的集成。通过铁电测试仪(Precision LC United)对样品的铁电性能进行了研究。研究发现在驱动电压为10 V时,样品具有饱和趋势良好的电滞回线,剩余极化强度为18μC/cm2,矫顽电压为1.5 V。研究了Ti-Al薄膜的阻挡性能和抗氧化性能,为铜与铁电电容器集成提供了重要的数据。

关键词：铜互连 Ti-Al导电阻挡层铁电电容器磁控溅射法溶胶-凝胶法

用于硅基铁电电容器集成的Ni-Ti、Ni-Al阻挡层研究

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用于硅基铁电电容器集成的Ni-Ti、Ni-Al阻挡层研究

作者：闫小兵河北大学

学位级别：硕士

采用磁控溅射法(magnetron sputtering),室温下在Si(001)基片上制备了可用于铁电存储器集成的导电阻挡层Ni-Ti、Ni-Al以及电极La0.5Sr0.5CoO3薄膜,采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)制备了Pb(Zr0.4Ti0.6)O3铁电薄膜,构造了La0.5Sr0.5CoO3/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3/ La0.5Sr0.5CoO3/Ni-Ti/Si (LSCO/PZT/LSCO/Ni-Ti/Si)和La0.5Sr0.5CoO3/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3/La0.5-Sr0.5CoO3/Ni-Al/Si (LSCO/PZT/LSCO/Ni-Al/Si)硅基铁电电容器异质结。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、铁电测试仪(Precision LC unit)研究了薄膜样品的微观结构、表面形貌、不同层间的界面以及电容器的铁电性能。研究发现,低功率制备的非晶Ni-Ti薄膜可以作为导电阻挡层实现硅基铁电电容器的集成。微观结构研究发现Pb(Zr0.4Ti0.6)O3/La0.5Sr0.5CoO3/Ni-Ti/Si异质结界面之间没有反应或互扩散,Ni-Ti薄膜中的Ni在经历退火后仍然是金属态,具有良好的输运性质,说明界面之间形成了良好的欧姆接触。铁电电容器具有良好的铁电性能,测量电压为5V时，剩余极化强度(Pr)为27.9μC/cm2,矫顽电压(V。)为1.28V,抗疲劳特性及保持特性均良好,说明了非晶Ni-Ti薄膜是一种新型廉价的优良阻挡层材料。研究了沉积功率对Ni-Ti薄膜的结构和性能的影响,实验发现沉积功率、结晶状态和抗氧化性存在非常密切的关系。沉积功率的大小尽管并不影响Ni-Ti薄膜的结晶状态(Ni-Ti薄膜均为非晶态),但是沉积功率直接影响Ni-Ti薄膜的抗氧化能力,低功率下制备的非晶Ni-Ti薄膜表现出了优良的抗氧化性能,而高功率制备的Ni-Ti薄膜起不到阻挡层的效果。研究发现沉积功率对阻挡层材料Ni-Al薄膜的结晶状态有很大影响,在高功率下Ni-Al薄膜为多晶态,在低功率下为非晶态。不同结晶状态的Ni-Al薄膜的抗氧化能力不同,非晶Ni-Al薄膜表现出了优良的抗氧化性能,可以用作硅基铁电存储器集成的导电阻挡层。多晶Ni-Al薄膜由于内部存在晶界,其抗氧化性较差,不能用作硅基铁电存储器集成的导电阻挡层。

关键词： Ni-Ti Ni-Al 导电阻挡层铁电电容器磁控溅射溶胶-凝胶

Pb(Zr，Ti)O3铁电电容器结构与性能研究

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Pb(Zr，Ti)O3铁电电容器结构与性能研究

作者：程春生河北大学

学位级别：硕士

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在不同的基片、不同的电极上制备了Pb(Zr,Ti)O3(PZT)薄膜,构造了不同的电容器结构,并进行了多种性能的检测和分析。采用一次退火研究了退火温度对PZT电容器性能的影响。结果表明：550℃为最佳退火温度,所制备... 详细信息

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在不同的基片、不同的电极上制备了Pb(Zr,Ti)O3(PZT)薄膜,构造了不同的电容器结构,并进行了多种性能的检测和分析。采用一次退火研究了退火温度对PZT电容器性能的影响。结果表明：550℃为最佳退火温度,所制备的铁电电容器具有较大的极化强度。为降低退火温度,采用逐层退火制备了PZT薄膜,500℃所制得样品比相同温度下一次退火具有更好的铁电性。另外,在引入非晶Ti-Al阻挡层后,探索了PZT电容器的铁电性随膜厚的变化规律。在LaNiO/SrTiO:基片上,制备了PZT薄膜,构造了Pt/LNO/PZT/LNO/STO异质结,并研究了LNO底电极生长温度对PZT结构和性能的影响。实验表明：PZT极化强度随LNO底电极生长温度的升高而增大。XRD的研究进一步发现,PZT极化强度和晶格常数变化关系满足理论公式：Ps2∝(c/a-1)。使用一种新型导电阻挡层材料-非晶Ni-A1(a-Ni-A1)薄膜实现了(La0.5Sr0.5)CoO/Pb(Zr,Ti)O/(LaSr)CoO电容器与半导体Si的集成。实验发现a-Ni-A1经500-550℃高温处理后仍为非晶态,并未发现互扩散现象;所制备的电容器具有优良的铁电性能：较大的剩余极化强度～22μC/cm、较小的矫顽电压～1.15V;优良的抗疲劳和保持性能、较大的介电常数;同时PZT薄膜具有较小的均方根粗糙度。横向(电容耦合法)与竖直测量的数据没有太大区别,这些都说明了a-Ni-A1可作为导电阻挡层使用。另外,作为比较,采用多晶Ni-A1代替非晶Ni-Al作导电阻挡层时,样品漏电,说明多晶Ni-A1不能作为导电阻挡层使用。在玻璃基ITO电极上制备了PZT薄膜,构架了Pt/PZT/ITO电容器结构。XRD研究表明PZT薄膜结晶良好,具有(101)高度择优取向。铁电测试表明电容器具有较大的极化强度,5V的电压下Pr达41.7μC/cm;PZT薄膜具有较大的电阻率,5V时为2.5×10Ω·cm。光学测试表明：在短波范围内,PZT表现出强吸收,在长波范围内PZT表现为强透射,最大透射率达到95%。

关键词：溶胶-凝胶法 PZT 铁电电容器导电阻挡层