磁控溅射制备PMNT薄膜微结构及性能分析

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1、密级无分类号０４８４＿方知以掌Ｘ＇ＩＡＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ硕士学位论文题目：磁控溅射制备ＰＭＮＴ薄膜微结构及性能分析作者：丁景兵指导教师：蔡长龙教授申请学位学科：微电子学与固体电子学２０１８年５月２０日密级无分类号O484XI’ANTECHNOLOGICALUNIVERSITY硕士学位论文题目:磁控溅射制备PMNT薄膜微结构及性能分析作者：丁景兵指导教师：蔡长龙教授申请学位学科：微电子学与固体电子学2018年

2、5月20日磁控溅射制备PMNT薄膜微结构及性能分析学科：微电子学与固体电子学研究生签字：指导教师签字：摘要随着铁电薄膜制备技术的不断发展，铁电薄膜器件的集成化、微型化开始成为研究的热点。铁电薄膜器件与铁电单晶、陶瓷器件相比，不仅响应速度快、灵敏度高，而且易于小型化和阵列化。Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3（PMN-PT、PMNT）因具有良好的介电、铁电、热释电特性，被广泛的应用于各种铁电器件中。但PMNT薄膜制备温度较高、焦绿石相难以去除、结晶取向不易控制还不能大规模的应用于铁电器件

3、。因此,本论文主要对0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO（3PMN-0.3PT）铁电薄膜展开工艺研究，研究内容包括PMNT薄膜的制备、结构单元的光刻、材料性能和电学性能的表征。实验需要获得PMNT薄膜结构单元进行电学性能测试，使用（100）硅片作为基底，制备SiO2热绝缘层、TiO2缓冲层、Pt下电极层、LSCO外延层、PMNT铁电薄膜，NiCr吸收层、Au上电极层。采用射频磁控溅法射制备的PMNT薄膜，改变薄膜制备工艺条件，研究基底生长温度、退火温度，退火时间对薄膜的材料特性

4、和电学特性的影响，主要研究结果如下。在薄膜材料性能方面：（1）LSCO外延层薄膜不仅具有良好的导电性，还可以对PMNT结晶取向进行控制。在LSCO生长温度为575℃，氩气和氧气流量比为16:4时，薄膜具有较低的电阻率约1.45×10-5Ω·cm，这与Pt底电极测得的电阻率1.36×10-5Ω·cm相近，并且薄膜具有明显的（100）取向。（2）PMNT材料特性受退火条件、基底温度、有无外延层等因素的影响。以LSCO为外延层，当衬底生长温度为500℃，在600℃下退火10min，PMNT薄膜SEM测试

5、具有均匀、致密的微观晶粒形貌，XRD测试PMNT薄膜具有（100）取向的纯钙钛矿结构。在单元制备及电学性能方面：（1）采用光刻技术进行结构单元制备，把结构单元最小线宽作为实验对象，研究AZ-5214型光刻胶关键工艺参数。在曝光13s、后烘120s、显影90s时，获得的光刻电极线条清晰、显影区域胶体无残留。（2）PMNT薄膜电学特性，如铁电，介电、漏电受退火因素的影响，退火后薄膜具有更高的剩余极化、更小的漏电流、更高的介电常数，更小的介电损耗。实验测得退火后PMNT薄膜的介电常数为230、介电损耗为

6、0.05、剩余极化为16uC/cm2。关键词：退火；钙钛矿相；铁电薄膜；磁控溅射；外延层MicrostructureDesignandPerformanceAnalysisofPMNTThinFilmsPreparedbyMagnetronSputtering.Discipline:MicroelectronicsandSolidStateElectronics.StudentSignature:SupervisorSignature:AbstractWiththecontinuousdevelo

7、pmentofintegratedferroelectrictechnology,theintegrationandminiaturizationofferroelectricthinfilmdeviceshavebecomeahottopic.Comparedtoferroelectricceramicdevicesandsinglecrystalferroelectricdevices,Ferroelectricthinfilmdevicesnotonlyrespondfast,highsen

8、sitivitybutalsocompatiblewiththeintegratedcircuit.Itiseasytominiaturizationandarray.Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3（PMN-PT,PMNT)hasbecomeoneofthepreferredmaterialsforferroelectricdevicesduetoitshighpyroelectriccoefficient,highdielectricconstantandlowd