退火工艺对含Ti-Al阻挡层的硅基Pb(Zr_(0.4),Ti_(0.6))O_3铁电电容器结构和性能影响的研究

应用非晶的Ti-Al薄膜为导电阻挡层,采用射频磁控溅射法和溶胶-凝胶法在Si衬底上制备了La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3/Pb(Zr_(0.4),Ti_(0.6))O_3/La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3/Ti-Al/Si (LSCO/PZT/LSCO/Ti-Al/Si)异质结,研究了550 ℃常规退火(CTA)和快速退火(RTA)工艺对LSCO/PZT/LSCO/Ti-Al/Si结构和性能的影响.实验发现非晶Ti-Al薄膜在经过不同退火工艺后仍具有非晶结构,快速退火6 min的样品具有较好的物理性能.在418 kV/cm的外加电场下,LSCO/PZT/LSCO电容器的剩余极化强度和矫顽电场强度分别为22 μC/cm~2和83 kV/cm.LSCO/PZT/LSCO电容器的漏电行为不依赖于退火工艺,当电场强度低于46.7 kV/cm时为欧姆导电,高于46.7 kV/cm时为肖特基导电机制.     

势垒对称性对锆钛酸铅(PZT)薄膜铁电及光伏性能的影响

文章主要研究对称(ITO/PZT/ITO)与非对称(Pt/PZT/ITO)势垒结构对锆钛酸铅(PZT)薄膜铁电及光伏性能的影响.实验发现,势垒对称性差异直接影响材料电滞回线,ITO/PZT/ITO结构的剩余极化强度(Pr)更大,对称性更好,饱和度更高.测试光照与暗态时两种结构Pr的变化,结果显示两种结构的Pr均增大,分析光照时Pr增大的原因,发现两种结构的漏电流在光照时均明显变大,但两种结构的净极化强度(△P)在光照时表现出差异,即对于ITO/PZT/ITO结构光照时△P基本不变,而Pt/PZT/ITO结构光照△P变小.因此得出光照时△P的变化受势垒对称性的影响,但光照时Pr的增大主要源于漏电流的增加而非△P.此外还对两种结构的光伏性能进行了研究,发现势垒的对称性同样影响材料的光伏特性,Pt/PZT/ITO结构的开路电压和短路电流密度明显高于ITO/PZT/ITO结构.     

后退火增强氢化非晶硅钝化效果的研究

在本征氢化非晶硅(a-Si:H(i))/晶体硅(c-Si)/a-Si:H(i)异质结构上溅射ITO时, 发现后退火可大幅增加ITO/a-Si:H(i)/c-Si/a-Si:H(i)的少子寿命(从1.7 ms到4 ms). 这一增强效应可能的三个原因是: ITO/a-Si:H(i)界面场效应作用、退火形成的表面反应层影响以及退火对a-Si:H(i)材料本身的优化, 但本文研究结果表明少子寿命增强效应与ITO和表面反应层无关; 对不同沉积温度制备的a-Si:H(i)/c-Si/a-Si:H(i)异质结后退火的研究表明: 较低的沉积温度(<175 ℃)后退火增强效应显著, 而较高的沉积温度(>200 ℃)后退火增强效应不明显, 可以确定“低温长高温后退火”是获得高质量钝化效果的一种有效方式; 采用傅里叶红外吸收谱(FTIR)研究不同沉积温度退火前后a-Si:H(i)材料本身的化学键构造, 发现退火后异质结少子寿命大幅提升是由于a-Si:H(i)材料本身的结构优化造成的, 其深层次的本质是通过材料的生长温度和退火温度的优化匹配来控制包括H含量、H键合情况以及Si原子无序性程度等微观因素主导作用的一种竞争性平衡, 对这一平衡点的最佳控制是少子寿命大幅提升的本质原因.     

Control of epitaxial growth at a-Si:H/c-Si heterointerface by the working pressure in PECVD

The epitaxial-Si(epi-Si) growth on the crystalline Si(c-Si) wafer could be tailored by the working pressure in plasmaenhanced chemical vapor deposition(PECVD).It has been systematically confirmed that the epitaxial growth at the hydrogenated amorphous silicon(a-Si:H)/c-Si interface is suppressed at high pressure(hp) and occurs at low pressure(1p).The hp a-Si:H,as a purely amorphous layer,is incorporated in the 1p-epi-Si/c-Si interface.We find that:(i) the epitaxial growth can also occur at a-Si:H coated c-Si wafer as long as this amorphous layer is thin enough;(ii) with the increase of the inserted hp layer thickness,lp epi-Si at the interface is suppressed,and the fraction of a-Si:H in the thin films increases and that of c-Si decreases,corresponding to the increasing minority carrier lifetime of the sample.Not only the epitaxial results,but also the quality of the thin films at hp also surpasses that at lp,leading to the longer minority carrier lifetime of the hp sample than the lp one although they have the same amorphous phase.     

非晶 Ti-Al 过渡层对 Pt/Ba0.6Sr0.4TiO3/Pt电容器结构和性能的影响

应用磁控溅射法在 Pt/Ti/SiO2/Si(001)衬底上制备 5 mm 厚超薄非晶 Ti-Al 薄膜作为过渡层,利用脉冲激光沉积法制备 Ba0.6 Sr0.4TiO3 薄膜,构造了 Pt/Ba0.6Sr0.4TiO3/Pt(Pt/BST/Pt)和 Pt/Ti-Al/Ba0.6Sr0.4TiO3/Ti-Al/Pt(Pt/Ti-Al/BST/Ti-Al/Pt)结构的电容器,研究了 Ti-Al 过渡层对 Pt/BST/Pt 电容器结构及其性能的影响.实验表明,过渡层的引入有效地阻止了 Pt 电极和 BST 薄膜的互扩散,降低了 BST 薄膜氧空位的浓度,提高了铁电电容器的介电性能.当测试频率为 1 kHz、直流偏压为0 V时,介电常数由引入过渡层前的 530 增大到引入后的 601,介电损耗则由0.09减小到0.03.而且过渡层的引入有效地降低了 BST 薄膜的漏电流,使正负向漏电流趋于对称,在测试电压为5 V 时,漏电流密度由3.8×10-5 A/cm2 减小到 8.25 ×10-6 A/cm2.     

含铜铁电电容器SrRuO3/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3/SrRuO3/Ni-Al/Cu/Ni-Al/SiO2/Si异质结的研究

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(Zr_0.4Ti_0.6)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~42 μC/cm²,矫顽电压为~1.0 V,介电常数~1600,漏电流~1.83×10^-4 A/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     

含Ni-Al阻挡层硅基BiFe0.95Mn0.05O3铁电电容器的结构及物理性能

以Ni-Al为阻挡层,在Si衬底上构架了SrRuO3(SRO)/BiFe0.95Mn<0.05O3(BFMO)/SRO异质结电容器.x射线衍射(XRD)分析表明:Ni-Al阻挡层为非晶结构,BFMO薄膜为具有良好结晶质量的多晶结构.在5 kHz测试频率下,SRO/BFMO/SRO电容器呈现饱和的电滞回线.实验发现,SRO/BFMO/SRO铁电电容器具有良好的抗疲劳性能.漏电机制研究表明,外加电场小于210 kV/cm时,SRO/BFMO/SRO电容器满足欧姆导电机制,在电场大于210kV/cm时,满足空间电荷限流传导机制.