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非化学计量比和掺杂的ccto薄膜及其性能研究

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非化学计量比和掺杂的CCTO薄膜及其性能研究

作者：黄海笑天津大学

学位级别：硕士

CaCuTiO(ccto)作为一种类钙钛矿材料,拥有极高的介电常数和良好的稳定性,同时还具有优良的非线性I-V特性。这些优异的电学性能在微电子器件领域有着广泛的应用前景,可以应用在很多新型多功能电子器件中。本论文采用溶胶-凝胶法(sol-gel... 详细信息

CaCuTiO(ccto)作为一种类钙钛矿材料,拥有极高的介电常数和良好的稳定性,同时还具有优良的非线性I-V特性。这些优异的电学性能在微电子器件领域有着广泛的应用前景,可以应用在很多新型多功能电子器件中。本论文采用溶胶-凝胶法(sol-gel法)在Pt基底上制备了非化学计量比ccto薄膜和掺杂Al元素的ccto薄膜,利用磁控溅射法对一些薄膜表面进行喷金处理,获得了一定大小的顶电极。在获得确定薄膜样品的基础后,利用X射线衍射和扫描电镜等测试手段,对薄膜的组成及其微观结构进行分析。同时利用半导体分析仪器,研究了化学计量比偏移和金属掺杂对薄膜非线性I-V特性的影响。在Ti非化学计量比ccto薄膜的研究中,发现Ti非化学计量比薄膜会生成第二相CuO和CaCuO。这些第二相的存在对界面处势垒高度和击穿电压都有一定的影响。同时,Ti化学计量比的偏移影响薄膜的击穿电压。在变温环境下测试薄膜的电流-电压特性曲线时,Ti非化学计量比薄膜对温度的敏感程度要高于纯ccto薄膜。在Cu非化学计量比ccto薄膜的研究中,发现CuO和CuO的第二相会出现在Cu非化学计量比薄膜中。薄膜的击穿电压大小以及对温度的敏感程度与Cu化学计量比有关,计量比的偏移能够增加薄膜的击穿电压,同时也能降低薄膜对温度的敏感程度。对于Al掺杂的ccto薄膜研究,发现金属元素掺杂能够增强薄膜的击穿电压。在不同温度下进行的非线性I-V测试结果表明,掺杂了Al元素的ccto薄膜具有良好的温度稳定性,在高温下其击穿电压变化幅度较小。Al掺杂ccto薄膜的击穿电压值几乎不受到非线性测试中电压步长的变化影响。对于薄膜非线性I-V特性机理模型的研究,首先利用晶界处的双肖特基势垒模型,分析载流子的输运机制以及化学计量比偏移造成的势垒高度的改变。另外考虑到铜氧化物可能存在于薄膜的表面,针对表面镀金的非化学计量比ccto薄膜,提出了金属-绝缘体-半导体结构,在低电压范围内热电子发射是载流子输运的主要机制。

关键词： ccto薄膜非线性I-V特性肖特基势垒非化学计量比金属掺杂

高性能ZnO、ccto和ZnO/ccto复合薄膜的制备和性能研究

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高性能ZnO、CCTO和ZnO/CCTO复合薄膜的制备和性能研究

作者：骆云江苏大学

学位级别：硕士

本文通过溶胶-凝胶法制备高性能ZnO薄膜、ccto薄膜和ZnO/ccto复合薄膜,采用X射线衍射、扫描电子显微镜、原子力显微镜和X射线电子能谱等技术对薄膜的成份和微观形态进行了分析。采用直流压敏电阻参数仪和4294A阻抗分析仪对薄膜的压敏性... 详细信息

本文通过溶胶-凝胶法制备高性能ZnO薄膜、ccto薄膜和ZnO/ccto复合薄膜,采用X射线衍射、扫描电子显微镜、原子力显微镜和X射线电子能谱等技术对薄膜的成份和微观形态进行了分析。采用直流压敏电阻参数仪和4294A阻抗分析仪对薄膜的压敏性能和介电性能进行了检测和分析。首先研究了ScO掺杂和ScO梯度掺杂对ZnO压敏薄膜显微组织和电性能的影响。研究结果发现:(1)当Sc掺杂量小于或等于0.2 mol%时,晶粒尺寸随掺杂量的增加而增大,当Sc掺杂量大于0.2 mol%时,ZnO晶粒尺寸降低,电位梯度与晶粒尺寸变化趋势相反。当Sc掺杂量为0.4 mol%时,非线性系数高达到3.7;(2)Sc上梯度掺杂ZnO薄膜,非线性系数高达6.8,漏电流仅为109μA,电位梯度VT为27.32 V/mm,比下梯度膜具有更优异的综合电性能。其次研究了SrO掺杂和SrO梯度掺杂对ccto介电薄膜显微组织和电性能的影响。研究结果发现:(1)Sr掺杂Ca1-xSrxCu3Ti4O12薄膜中,当x=0.05时,薄膜的介电常数升到了4000,比未掺杂的ccto薄膜的介电常数高,且在所测频率范围内保持较好的频率稳定性;(2)下梯度薄膜LDT的低频介电常数最高达3800,且随频率的增加仅有缓慢的下降趋势,有较好的频率稳定性,介电损耗为0.03,SrO掺杂ccto下梯度薄膜的综合电性能比上梯度膜的综合电性能更优异。最后研究了Zn O和ccto复合薄膜的电性能以及ScO和SrO梯度掺杂对Zn O/ccto复合薄膜的显微组织和电性能的影响。研究结果发现:(1)ccto薄膜可以在ZnO薄膜生长良好,复合薄膜可以获得比单一ccto薄膜更高的介电常数和更低的介电损耗,而且复合薄膜的压敏性能也比单一ccto薄膜高,ZnO/ccto复合薄膜的非线性系数为2.1,漏电流为495μA,电位梯度为42.3 V/mm,介电常数高达4000;(2)ZnO上梯度膜和ccto下梯度膜复合薄膜的晶粒尺寸最大,其他样品晶粒尺寸相当,低频介电常数高达4000,非线性系数为2.4,漏电流为447μA,非线性系数比非梯度掺杂ZnO/ccto复合薄膜的非线性高,漏电流比非梯度掺杂ZnO/ccto复合薄膜的漏电流低。ZnO上梯度和ccto下梯度复合薄膜的电容-压敏性能最优。

关键词： ZnO薄膜 ccto薄膜梯度薄膜 ZnO/ccto复合薄膜电容-压敏材料

PLD方法制备CaCu_3Ti_4O_(12)薄膜结构研究

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功能材料 2007年第3期38卷 345-347页

作者：接文静朱俊魏贤华张鹰罗文博艾万勇李言荣电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室四川成都610054

采用脉冲激光沉积法(PLD)分别在LaAlO3(100)以及MgO(100)基片上,在不同的沉积温度下,制备具有体心立方类钙钛矿结构的CaCu3Ti4O12(CC-TO)薄膜。在LAO基片上生长的ccto薄膜,X射线衍射(XRD)分析表明沉积温度在680℃以上可以实现(400)取向... 详细信息

采用脉冲激光沉积法(PLD)分别在LaAlO3(100)以及MgO(100)基片上,在不同的沉积温度下,制备具有体心立方类钙钛矿结构的CaCu3Ti4O12(CC-TO)薄膜。在LAO基片上生长的ccto薄膜,X射线衍射(XRD)分析表明沉积温度在680℃以上可以实现(400)取向生长,740℃薄膜可以实现cubic-on-cubic的方式外延生长。原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)分析分别显示ccto薄膜的表面平整,界面清晰。后位的反射高能电子衍射(RHEED)观察到ccto薄膜的电子衍射图谱,为点状。在MgO基片上,由于薄膜与基片较大的晶格失配,通过生长具有(100)和(110)取向的LaNiO3(LNO)缓冲层,诱导后续生长的ccto薄膜随着温度的提高,由(220)取向生长转变成(220),(400)取向生长。

关键词： ccto薄膜 PLD 取向生长 RHEED

CaCu3Ti4O12薄膜的非线性电流—电压特性与恢复迟滞特性研究

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CaCu3Ti4O12薄膜的非线性电流—电压特性与恢复迟滞特性研究

作者：胡权天津大学

学位级别：硕士

钛酸铜钙(CaCuTiO,ccto)最初以优良的介电性能获得了人们广泛地重视。随着研究的深入,其明显的非线性电流-电压(I-V)特性也逐渐受到关注,相比于传统压敏材料,ccto具有阈值电压低、非线性系数高等优点,能很好地满足当前集成电路对压敏电... 详细信息

钛酸铜钙(CaCuTiO,ccto)最初以优良的介电性能获得了人们广泛地重视。随着研究的深入,其明显的非线性电流-电压(I-V)特性也逐渐受到关注,相比于传统压敏材料,ccto具有阈值电压低、非线性系数高等优点,能很好地满足当前集成电路对压敏电阻的要求,是一种很有前景的功能性材料。本文以溶胶-凝胶(sol-gel)法制备ccto的前驱体溶液,结合旋涂技术制备ccto薄膜。使用X射线衍射(XRD)检测薄膜物相成份,通过场发射扫描电子显微镜(SEM)来观察表面形貌,使用半导体参数分析仪测试薄膜电学特性。为研究不同条件下ccto薄膜的电学特性,课题进行了不同烧结温度、不同基底、不同热处理环境和Ni离子掺杂等方面的对比研究。同时,本课题首次发现并提出了ccto薄膜的恢复迟滞特性,并针对不同处理条件下薄膜的恢复迟滞特性进行了分析。实验结果表明,衬底对ccto薄膜的非线性I-V特性有很大的影响,以Pt/Ti/SiO/Si作为基底表现出的阈值电压最小。当提高薄膜的烧结温度时,薄膜的阈值电压会下降。对烧结后的薄膜进行氧气环境下600C的快速退火处理后,阈值电压明显提高,且RTP时间越长,阈值电压越大。Ni离子掺杂也能在一定程度上提高了ccto的阈值电压。同时,恢复迟滞特性结果表明,烧结温度的提高能够提高初始电流,氧气环境下的RTP处理能够降低初始电流。论文结合双肖特基势垒模型与隧穿机制,对ccto薄膜的优异电学特性进行了机理分析。

关键词： ccto薄膜压敏电阻恢复迟滞特性肖特基势垒模型