PZT薄膜漏电性能研究

发布时间：2017-10-09 00:26

  本文关键词：PZT薄膜漏电性能研究

  更多相关文章： PZT薄膜 缺陷化学 结构形貌 漏电流 空间电荷限制电流(SCLC)

【摘要】：锆钛酸铅(Pb(Zr_xTi_(1-x))O_3,简写为PZT)薄膜是一种极具发展前景的电子功能薄膜,它具有剩余极化大、介电常数大、使用温度范围广等优点,被广泛的应用于非挥发铁电存储器、传感器、微致动器、红外探测器、电光调制器等方面。制备高度致密、表面平整光滑、低漏电特性的PZT薄膜材料,是研制PZT基薄膜器件的重要基础。由于薄膜材料的漏电流特性直接反映出电子功能薄膜材料的电学性能,因此研究PZT薄膜材料漏电特性,是解决PZT薄膜性能提升以及薄膜器件研制的重要技术手段。本论文针对PZT薄膜的漏电行为,开展如下研究工作:1.研究射频磁控溅射法制备工艺对生长在Pt/Ti/SiO_2/Si基片上的PZT薄膜的微观结构、形貌和性能的影响,并结合PZT缺陷化学行为对其进行理论分析。结果表明,溅射气氛、退火气氛、退火温度和时间对薄膜的结构形貌成分会产生较大的影响,从而影响到漏电流与其它电学性能。在溅射气氛Ar/O_2=45:0.65、退火气氛Ar/O_2=1:1、650℃下退火60s的PZT薄膜结构致密,表面平整,具有最小的漏电流密度和最佳的介电、铁电性能。2.对最佳工艺下制备的PZT薄膜电流密度-电压(J-V)特性、电流密度-时间(J-t)特性进行测试,分析PZT薄膜导电机制。研究结果表明在电压低于VT(~1.8V)时薄膜为欧姆导电机制;当电压高于转变电压VT低于陷阱填充限制电压VTFL,即VTVVTFL为陷阱成指数分布的空间电荷限制电流;电压继续升高会转变为无陷阱的空间电荷电流形式。同时发现漏电机制的转变会导致薄膜J-t特性的变化。3.分析测试了PZT薄膜的漏电流温度特性,进一步说明了PZT薄膜的导电机制,并给出了PZT薄膜费米能级的位置。研究结果表明在电压低于VT(~1.8V)时,薄膜的漏电流随温度的升高而增加,这是由于温度升高导致载流子浓度增加的结果,与欧姆导电机制相符,同时结合不同温度下的漏电流大小,并通过载流子浓度与温度的关系式,计算出PZT薄膜费米能级位于导带下0.6624eV处;当电压高于转变电压VT后,薄膜的漏电流随温度的升高而减小,这与空间电荷限制电流的理论公式相符。
【关键词】：PZT薄膜 缺陷化学 结构形貌 漏电流 空间电荷限制电流(SCLC)
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 引言10-11
• 1.2 PZT薄膜材料特性及应用11-15
• 1.2.1 PZT材料的结构及特性11-12
• 1.2.2 PZT薄膜的应用12-15
• 1.3 铁电薄膜制备方法15-19
• 1.3.1 真空蒸镀15-16
• 1.3.2 磁控溅射16-17
• 1.3.3 脉冲激光沉积17-18
• 1.3.4 金属有机物化学气相沉积18
• 1.3.5 溶胶凝胶法18-19
• 1.4 PZT薄膜漏电性能国内外研究现状19-21
• 1.5 本文的研究目的与意义21-23
• 1.5.1 PZT薄膜漏电性能研究意义21-22
• 1.5.2 本文研究目的和主要工作22-23
• 第二章 薄膜制备及测试表征方法23-30
• 2.1 实验设备23-25
• 2.1.1 薄膜磁控溅射系统23-24
• 2.1.2 快速退火系统24-25
• 2.2 薄膜样品制备流程25-26
• 2.3 薄膜测试及表征方法26-30
• 2.3.1 微观结构与形貌表征方法26-27
• 2.3.2 电学性能测试系统及方法27-30
• 第三章 PZT薄膜制备及结构性能研究30-47
• 3.1 溅射气氛对薄膜结构及电学性能的影响30-35
• 3.2 退火气氛对薄膜结构及电学性能的影响35-38
• 3.3 退火温度对薄膜结构及电学性能的影响38-42
• 3.4 退火时间对薄膜结构及电学性能的影响42-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 PZT薄膜漏电机制分析47-62
• 4.1 介质薄膜漏电理论47-51
• 4.1.1 肖特基发射机制47-48
• 4.1.2 F-N隧道发射机制48-49
• 4.1.3 普尔-弗兰克尔(Pool-Frenkel，P-F)机制49
• 4.1.4 空间电荷限制电流(SCLC)49-51
• 4.1.5 欧姆导电51
• 4.2 PZT薄膜漏电机理分析51-61
• 4.2.1 PZT薄膜J-V曲线分析52-55
• 4.2.2 PZT薄膜J-t曲线分析55-56
• 4.2.3 J-t特性与J-V特性间的关系56-57
• 4.2.4 PZT薄膜漏电流温度特性研究57-61
• 4.3 本章小结61-62
• 第五章 结论62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间取得的成果69-70

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 邱成军;曲伟;刘红梅;赵全亮;卜丹;曹茂盛;;以溶胶-凝胶法PZT薄膜为驱动的微泵研制(英文)[J];材料科学与工程学报;2007年06期

2 刘红梅,邱成军,曹茂盛;PZT薄膜在MEMS器件中的研究进展[J];材料工程;2004年06期

3 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 刘梦伟;汪承灏;李俊红;徐联;马军;;基于PZT薄膜面内极化工作的硅微传声器设计与制作[A];2008年全国声学学术会议论文集[C];2008年

2 宋世庚;马运新;苏树兵;郑应智;;PZT薄膜铁电性质的频率依赖性[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年

3 彭润玲;;脉冲激光溅射及富—锆PZT薄膜的性能研究[A];首届信息获取与处理学术会议论文集[C];2003年

4 佟建华;刘梦伟;崔岩;董维杰;王兢;崔天宏;王立鼎;;硅基PZT薄膜微型悬臂的特性及其在微型传感器执行器上的应用[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年

5 舒剑;于艳菊;巴龙;;用扫描压电显微术观察不同掺杂PZT薄膜的铁电畴分布[A];全国第七届扫描隧道显微学学术会议（STM'7）论文集（一）[C];2002年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 万静;PZT薄膜晶化机理及取向控制研究[D];电子科技大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 刘小辉;基于PZT薄膜铁电隧穿结的制备与电性能研究[D];电子科技大学;2016年

2 周冬;PZT薄膜漏电性能研究[D];电子科技大学;2016年

3 赵佳欣;锶掺杂PZT薄膜的特性与器件研究[D];大连理工大学;2009年

4 陈海宾;用于FBAR的PZT薄膜制备研究[D];浙江大学;2006年

，

本文编号：997154