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