SrTiO3金属-绝缘体-半导体结构的介电与界面特性

采用金属有机分解法在p型Si衬底上制备了SiTiO3(STO)薄膜.研究了STO薄膜金属-绝缘体-半导体(MIS)结构的介电和界面特性.结果表明,STO薄膜显示出优异的介电性能,在10kHz处的介电常数约为105,损耗低于0.01,这来源于多晶结构和良好的结晶性;MIS结构中的固定电荷密度Nf和界面态密度Dit分别约为1.5×1012cm-2和(1.4-3.5)×1012 cm-2 eV-1,这主要与Si/STO界面处形成的低介电常数界面层有关.     

Si—OH基团对SiCOH低k薄膜性能的影响与控制

研究了十甲基环五硅氧烷(D5)的电子回旋共振等离子体沉积的SiCOH薄膜中Si—OH基团对介电性能和漏电流的影响.结果表明Si—OH含量的增大会导致介电常数k的增大、漏电流的降低和介电色散的增强.由于Si—OH结构的强极化补偿了薄膜密度减小带来的介电常数降低，导致总的介电常数k增大.高Si—OH含量下漏电流的降低是由于封端的Si—OH基团降低了薄膜中Si—O网络的连通概率p而导致网络电导下降的缘故.介电色散的增强与Si—OH封端结构的快极化过程有关.改变放电参数以提高电子能量，从而提高源的电离程度，使更多的Si—OH基团断裂并通过缩合反应形成Si—O—Si网络，可以进一步降低薄膜的介电常数. 关键词： SiCOH薄膜 Si—OH结构 介电性能 ECR放电等离子体     

异质界面对Ca(Mg1/3Nb2/3)O3/CaTiO3叠层薄膜结构和介电性能的影响

采用异质叠层方式制备出一定厚度的Ca(Mg_1/3Nb_2/3)O₃/CaTiO₃(CMN/CT)叠层薄膜,研究了异质界面对薄膜结构、微观形貌及介电性能的影响及其规律.根据实验测试结果,提出CMN/CT叠层薄膜的模拟等效电路,建立介电常数和介电损耗的理论计算公式.结果表明:CMN/CT异质叠层薄膜具有完全正交钙钛矿结构,结构致密,厚度均匀,薄膜中存在独立的CMN和CT相.异质界面处存在过渡层,随着薄膜中异质界面个数增加,介电常数增大,介电损耗减小.减小界面过渡层的厚度,有利于提高CMN/CT叠层薄膜的介电性能.     

Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3/CoFe2O4复合薄膜 电学、磁学性能的研究

利用射频磁控溅射技术在LaNiO3/SiO2/Si基底上制备了Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3/CoFe2O4和Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3/CoFe2O4/Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3两种复合薄膜.我们采取了三种退火条件对复合薄膜进行退火处理,研究两种复合薄膜的晶体结构、电学和磁学性能.通过对两种复合薄膜的结构的分析,发现两步法退火后得到复合薄膜同时存在纯钙钛矿相和尖晶石相两种结构.铁电性能测试表明:两种复合薄膜均具有较好的铁电性能,其中三层复合薄膜的剩余极化强度Pr最大可以达到14.9 μC/cm2,这要归因于多层复合薄膜内部的应力-应变效应和界面耦合效应.在电场强度为80kV/cm的漏电流密度数量级仅10-5A/cm2,其导电机制在高电场区满足Schottky机制.介频性能测试表明:复合薄膜的介频特性较差,双层复合薄膜的介电性能较好,其介电常数εr为1078,其介电损耗tgδ较大,约为0.43.此外,对复合薄膜的磁滞回线测试表明:两种复合薄膜中均存在磁学性能,且双层结构复合薄膜的铁磁性能较大,其饱和磁化强度Ms为119 emu/cm3,剩余磁化强度Mr达到31.6 emu/cm3,矫顽场Hc为1360 Oe. 以上测试结果表明,铁电有序和磁有序可以存在于钙钛矿-尖晶石结构当中,通过多层复合和合适退火方式可以增强其铁电和介电性能.     

Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3/CoFe_2O_4复合薄膜电学、磁学性能的研究

利用射频磁控溅射技术在LaNiO_3/SiO_2/Si基底上制备了Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3/CoFe_2O_4和Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-Pb TiO_3/Co Fe_2O_4/Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3两种复合薄膜.我们采取了三种退火条件对复合薄膜进行退火处理,研究两种复合薄膜的晶体结构、电学和磁学性能.通过对两种复合薄膜的结构的分析,发现两步法退火后得到复合薄膜同时存在纯钙钛矿相和尖晶石相两种结构.铁电性能测试表明,两种复合薄膜均具有较好的铁电性能,其中三层复合薄膜的剩余极化强度Pr最大可以达到14.9μC/cm2,这要归因于多层复合薄膜内部的应力-应变效应和界面耦合效应.在电场强度为80 k V/cm的漏电流密度数量级仅10-5A/cm2,其导电机制在高电场区满足Schottky机制.介频性能测试表明:复合薄膜的介频特性较差,双层复合薄膜的介电性能较好,其介电常数εr为1078,其介电损耗tgδ较大,约为0.43.此外,对复合薄膜的磁滞回线测试表明:两种复合薄膜中均存在磁学性能,且双层结构复合薄膜的铁磁性能较大,其饱和磁化强度Ms为119 emu/cm3,剩余磁化强度Mr达到31.6 emu/cm3,矫顽场Hc为1360 Oe.以上测试结果表明,铁电有序和磁有序可以存在于钙钛矿-尖晶石结构当中,通过多层复合和合适退火方式可以增强其铁电和介电性能.     

溶胶-凝胶法制备(Ba0.7Sr0.3)TiO3/LaNiO3异质薄膜及其结构和介电性质研究

采用改进的溶胶-凝胶方法在单晶Si(100)衬底上制备了介电性能优异的(Ba0.7Sr0.3)TiO3/LaNiO3 异质薄膜.实验发现,在750 ℃下、O2气氛中晶化的LaNiO3薄膜的电阻率最小.C-V与I-V特性测量表明(Ba0.7Sr0.3)TiO3薄膜具有优异的介电性能,在频率为50 kHz、零偏压下的相对介电常数εr>300,偏压为6 V时漏电流密度JL<1.2×10-6 A/cm2.     

基于复合绝缘层SiNx/PMMA的有机金属-绝缘层-半导体器件

为改善有机半导体器件的界面性能,在氮化硅层上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)构成复合绝缘层。首先,利用原子力显微镜研究了不同浓度的PMMA复合绝缘层的表面形貌及粗糙度。接着,蒸镀六联苯(p-6P)、酞菁铜和金电极,构成有机的金属-绝缘层-半导体(MIS)器件。最后,研究了MIS器件的回滞效应及电性能。实验结果表明,复合绝缘层的粗糙度为单绝缘层的1/5,大约1.4 nm。复合绝缘层上的p-6P薄膜随着PMMA浓度增加形成更大更有序的畴,但单绝缘层上薄膜呈无序颗粒状。复合绝缘层的有机MIS器件几乎没有回滞现象,但单绝缘层的器件最大回滞电压约为12.8 V,界面陷阱电荷密度约为1.16×10~(12) cm~(-2)。复合绝缘层有机薄膜晶体管的迁移率为1.22×10~(-2) cm~2/(V·s),比单绝缘层提高了60%,饱和电流提高了345%。基于复合绝缘层的MIS器件具有更好的界面性能和电性能,可应用到有机显示领域。     

Sr掺杂对La_(1-x)Sr_xMnO_3/LaAlO_3/SrTiO_3界面电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了La_(1-x)Sr_xMnO_3层中Sr的掺杂方式和掺杂量对4La_(1-x)Sr_xMnO_3/3LaAlO_3/4SrTiO_3(LSMO/LAO/STO)异质结构原子和电子结构的影响.结果表明:对于相同的Sr掺杂量,掺杂方式的差异对体系电子结构的影响微弱,不会导致体系发生金属-绝缘体转变;掺杂量的不同对体系电子结构有着显著的影响,当Sr的掺杂量较少时,LAO/STO界面处存在着准二维电子气,当Sr的掺杂量高于1/3时,LAO/STO界面处准二维电子气消失.我们相信,Sr的引入以及通过Sr掺杂量的改变可以对LSMO覆盖层极化进行调控,这也是导致体系LAO/STO界面处金属-绝缘体转变的可能原因,进一步为极化灾变机制导致的界面处电子重构提供了证据.     

基于YBCO/STO的频率电调特性研究

对铁电材料SrTiO3(STO)薄膜的介电性质及其在微波器件特别是高温超导滤波器频率调节方面的应用进行了研究.在相关理论分析和软件仿真计的基础上的计算,获得了电调微带线谐振器的频率调节范围等电特性与器件结构参数的关系.我们采用YBCO作为STO薄膜的驱动电极,使用脉冲激光沉积的方法制备了叉指结构的电调薄膜.利用微波近场显微镜测量了电场对STO薄膜的介电性质的影响.     

溶胶-凝胶法制备(Ba0.7Sr0.3)TiO3/LaNiO3异质薄膜及其结构和介电性质研究

采用改进的溶胶-凝胶方法在单晶Si(100)衬底上制备了介电性能优异的(Ba_0.7Sr_0.3)TiO₃/LaNiO₃异质薄膜.实验发现，在750 ℃下 、O₂气氛中晶化的LaNiO₃薄膜的电阻率最小.C-V与I-V特性测量表明(Ba_0.7Sr_0.3)TiO₃薄膜具有优异的介电性能，在频率为50kHz、零偏压下的相对介电常数ε_r>300，偏压为6V时漏电流密度J_L<1.2×10^-6A/cm². 关键词： xSr_1-x)TiO_３铁电薄膜')" href="#">(Ba_xSr_1-x)TiO_３铁电薄膜 ３底电极')" href="#">LaNiO３底电极 溶胶-凝胶法     

SiCOH低介电常数薄膜的性质和键结构分析

以十甲基环五硅氧烷为反应源、采用电子回旋共振等离子体化学气相沉积（ECR_CVD）方法制备了具有低介电常数，且电绝缘性能和热稳定性优良的SiCOH薄膜. 通过对富氏变换红外光谱(FTIR)的分析，比较了反应源和薄膜键结构的差异，证实薄膜中一方面保持了源中由Si—O—Si键构成的环结构，另一方面形成了由大键角Si—O—Si键构成的鼠笼式结构，在沉积过程中失去的主要是侧链的—CH3基团. 薄膜经过400℃热处理后，其介电常数由385降低到285，对其FTIR谱的分析指出，薄膜中鼠笼式结构比例的增加可能是薄膜介电常数降低的原因. 关键词： 低介电常数 SiCOH薄膜 化学键结构     

离子束合成钇硅化物的结构及红外谱特征

将稀土金属钇离子注入到n型单晶Si(111)中制备出钇硅化物埋层.利用x射线衍射、卢瑟福背散射和傅里叶红外吸收谱测量分析了样品的结构、原子的埋层分布和振动模式.结果表明，Y离子在注入过程中已与基底中的Si原子形成了YSi2结构相.真空下的红外光辐照处理促使YSi2择优取向生长，埋层中Si与Y的平均原子浓度比由24下降为20，与六方YSi2的化学计量比一致.还给出了钇硅化物的特征红外吸收谱.     

Structure and electrical characterization of amorphous ErSiO films deposited by rf magnetron sputtering on Si (001)

Amorphous ErSiO films have been fabricated on p-type Si (001) substrates using rf magnetron sputtering technique. X-ray diffraction, high-resolution transmission electron microscopy, and atomic force microscopy were employed to investigate the samples. It is found that ErSiO film exhibits a flat surface, a sharp interface and superior electrical properties after post-deposition annealing in O₂ ambience for 30 min at 450°C. The effective dielectric constant of the film is measured to be 14.2, and the effective oxide thickness reaches 1.9 nm, with a low leakage current density of 1.1×10⁻⁴ A/cm² at an electric field of 1 MV cm⁻¹ after annealing at 450°C. The obtained characteristics make the amorphous ErSiO films a promising substitute for SiO₂ as a high-k gate dielectric.     

单晶LiNbO3:Mn2+的ESR谱研究

用室温电子自旋共振（ESR）实验研究单晶LiNbO3中Mn2+的精细结构和超精细结构.对ESR谱的分析得出,零磁场的能级分裂数值：自旋角动量能级±12〉与±32〉之间的间隔为Δε1=-587×10-4cm-1,而±32〉与±52〉之间的能级间隔为Δε2=-2633×10-4cm-1；其各向异性朗德因子g∥=21810，g⊥=20937；精细结构常数D=-536×10-4cm-1；超精细结构常数A∥=8836×10-4cm-1，A⊥=8120×10-4cm-1，即精细结构相互作用要比超精细结构相互作用大得多.另外，特别值得提到的是实验中还发现两组明显的禁戒跃迁，-32〉12〉和-12〉52〉. 关键词： 单晶 精细结构 超精细结构 禁戒跃迁     

AlN-Si(111)异质结构界面陷阱态研究

利用Al_AlN_Si(111) MIS结构电容_频率谱研究了金属有机化学气相沉积法生长的 Si 基AlN的AlN_Si异质结构中的电荷陷阱态. 揭示了AlN_Si异质结构界面电荷陷阱态以及A lN层中的分立陷阱中心. 结果指出：AlN层中存在E_t-E_v=2.55eV的分立陷阱中心；AlN_Si界面陷阱态在Si能隙范围内呈连续分布，带中央态密度最低，N_ss为8×10^11eＶ^-1cm^-2，对应的时间常数τ为8×10^-4s ，俘获截面σn为1.58×10^-14cm^2；在AlN界面层存在三种陷阱 态，导致Al_AlN_Si异质结构积累区电容的频散. 关键词： 界面陷阱态 AlN-Si 电容-频率谱     

MW-ECR PE-UMS等离子体特性及对Zr-N薄膜结构性能的影响

采用静电探针技术对微波电子回旋共振(MW-ECR) 等离子体进行了诊断,利用等离子体增强 非平衡磁控溅射(PE-UMS)法在常温下制备了Zr-N薄膜, 通过EPMA，XRD，显微硬度对膜的 结构和性能进行评价.实验结果表明，随氮气流量增加，总的等离子体密度从807×10⁹c m^-3增加到831×10⁹cm^-3然后逐渐减小为752×10 ⁹cm^-3；而N₂⁺密度则从312×10^{8< /sup>cm-3线性递增到335×109cm-3；电子温度变化 不大.对薄膜而言，随N₂+密度增大，样品中氮含量增加，而晶粒逐 渐变小，当样品中N/ Zr原子比达到14时，薄膜中出现亚稳态的Zr₃N₄相以及非晶相， 在更高氮流量下，整 个薄膜转变为非晶态.与此相应，薄膜硬度由最初的225GPa增大到2678GPa 然后逐渐减 小到1982GPa. 关键词： 氮化锆薄膜 ECR等离子体 磁控溅射 诊断}     

Optically tuned dielectric characteristics of SrTiO_3/Si thin film in the terahertz range

Active control of the optical parameters in strontium titanate(SrTiO_3, STO) thin films is highly desirable for tunable terahertz(THz) integrated devices such as filters, phase modulators, and electro-optical devices. In this work, optically tuned dielectric parameters of a STO thin film epitaxially grown on a silicon wafer were characterized in the THz region with an 800 nm laser pump-THz detection system. The refractive index, extinction coefficient, and complex dielectric constant of the STO thin film were calculated using thin-film parameter extraction. Owing to carrier transportation and soft-mode oscillation, the above optical parameters changed notably with the pump power of the external laser. This study is of great significance for rapid and non-contact THz phase-modulation technology and may serve as a powerful tool to tune the dielectric properties of the STO thin films.     

梯度铝镓氮缓冲层对氮化镓外延层性质的影响

采用金属有机物化学气相沉积系统在硅面碳化硅衬底的(0001)面上生长氮化铝缓冲层,并通过改变3层梯度铝镓氮(Al_xGa_(1-x)N:x=0.8,0.5,0.2)缓冲层的生长温度和氨气流量,制备出了高质量的氮化镓外延层。分别采用X射线衍射、原子力显微镜、光致发光谱和拉曼光谱对氮化镓外延层进行表征。实验结果表明,随着氮化镓外延层中张应力的降低,样品的晶体质量、表面形貌和光学质量都有显著提高。在最优的梯度铝镓氮缓冲层的生长条件下,氮化镓外延层中的应力值最小,氮化镓(0002)和(1012)面的摇摆曲线半峰宽分别为191 arcsec和243 arcsec,薄膜螺位错密度和刃位错密度分别为7×10~7cm~(-2)和3.1×108cm~(-2),样品表面粗糙度为0.381 nm。这说明梯度铝镓氮缓冲层可以改变氮化镓外延层的应力状态,显著提高氮化镓外延层的晶体质量。     

Dielectric properties of multilayered SrTiO3 thin films with graded oxygen vacancy concentration

SrTiO₃ (STO) thin films were homo-epitaxially grown on Nb-doped STO substrates at varying oxygen pressures, and the effect of oxygen vacancy concentration on the dielectric properties of the STO thin films was studied and is presented herein. Although the STO thin films with low oxygen vacancy concentration demonstrated low zero-bias permittivity, low dielectric tunability, and high dielectric dissipation, the STO thin films, however, could withstand a large electric field. While the STO thin films with high oxygen vacancy concentration exhibited reduced dielectric loss and high dielectric tunability, they exhibited a low breakdown electric field. In order to make use of the respective advantages of the STO thin films with different oxygen vacancy concentrations, a trilayered structure was obtained by varying the oxygen pressure during deposition and combining one thin STO layer with large oxygen vacancy concentration sandwiched by two STO thin films with low oxygen vacancy concentration. The microstructure and dielectric properties of the trilayer were then studied. X-ray diffraction analysis indicated that the trilayer was a relaxed STO multilayer formed by two STO thin layers with different lattice parameters. An improved optimization of high tunability and low loss was achieved in the relaxed trilayer. PACS 77.84.Bw; 68.55; 77.22.Ch; 68.35.Ct; 74.80.Dm     

Structure and electrical properties of HfO<Subscript>2</Subscript> high-<Emphasis Type="Italic">k</Emphasis> films prepared by pulsed laser deposition on Si (100)

High-k gate dielectric hafnium dioxide films were grown on Si (100) substrate by pulsed laser deposition at room temperature. The as-deposited films were amorphous and that were monoclinic and orthorhombic after annealed at 500°C in air and N₂ atmosphere, respectively. After annealed, the accumulation capacitance values increase rapidly and the flat-band voltage shifts from −1.34 V to 0.449 V due to the generation of negative charges via post-annealing. The dielectric constant is in the range of 8–40 depending on the microstructure. The I–V curve indicates that the films possess of a promising low leakage current density of 4.2×10⁻⁸ A/cm² at the applied voltage of −1.5 V.