钛酸铋铁电薄膜的改性研究

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1、摘饔摘要在新一代非挥发性铁电存储器中，使用最多的铁电材料是Pb(ZrxTiI-x)03(PZT)和SrBi2Ta209(SBT)，但前者污染环境且抗疲劳特性差，后者制备温度过高(750～8500C)，剩余极化强度小m16斗c／锄2)，阻碍了铁电存储器的商品化进程。因此，寻找理想的用于铁电存储器的铁电材料成为研究热点之一。稀土元素掺杂的钛酸铋(Bi4Ti3012，简记为BTO)铁电薄膜因其具有较大的剩余极化强度(2Pr)、较好的抗疲劳特性、较低的结晶温度而成为目前最有可能替代传统含铅PZT的薄膜材料，用来制备高密度非挥发性铁电存储器。因此，BT

2、O铁电薄膜的制备工艺和性能改善研究成为当前研究热点。尤其是热处理过程中，有关损失掉的铋(Bi)元素的补偿问题，得到研究者的关注。本文采用溶胶．凝胶(S01．od)I艺在Pt(111)／Ti／Si02／Si(100)基片上制备了Bi不同过量的Bi3．25Lao．75Ti3012铁电薄膜样品，通过XRD、AFM、铁电性能测试等分析手段对薄膜样品进行微观结构、表面形貌、铁电性能进行分析。结果表明，本文采用的工艺条件下的Bi过量10m01％时，薄膜样品表面颗粒相对均匀、平整，电滞回线饱和性较好，剩余极化强度(2Pr)和矫顽场Ec分别为34．90}tC

3、／cm2、38．55kV／em；系统地研究了退火温度对Bi3．25Lao．75Ti3012薄膜傲结构与铁电性能的影响。结果表明，7000C处理后的Bi3．25Lao．75Ti3012薄膜样品表面颗粒呈椭球形、大小均匀，电滞回线饱和性最佳，翻转次数大于108后，BLT薄膜显示出疲劳现象。本文采用溶胶．凝胶(S01．Gel)：E艺在Pt(111)／Ti／Si02／Si(100)基片上制备了不同钕(Nd)元素掺杂的B4-xNd。Ti30i2(x=0．25，0．50，0．75)系列薄膜，通过XRD、AFM、铁电性能测试等分析手段对样品进行微观结构、表

4、面形貌、铁电性能分析，确定了Nd掺杂的最佳配方为B3．soNdo．50Ti3012；研究了退火温度对B3．soNdo．50Ti30r2薄膜样品微结构与铁电性能的影响。结果表明，7000C处理后的B3．50Ndo．50Ti3012薄膜样品表面颗粒大小相对均匀，电滞回线饱和性较好，剩余极化强度(2Pr)和矫顽场(Ec)分别为12．56¨C触n2与71．25kV／cm，在经过108次翻转后显示出了较明显的疲劳现象。关键词：钛酸铋，镧掺杂，钕掺杂，铁电薄膜，溶胶．凝胶法ABSTRACrABSTRACTInthenewgenerationofnon-v

5、olatileFerroeleetrieMemory,Pb(ZrxTit．x)Os(PZT)andSrBi2Ta209(SBT)werethemostusedferroelectricmaterials．However,theformerhaspooranti-fatiguepropertyandmaycauseEnvironmentalContamination,whilethelatterhashigherprocesstemperature(750～8500C)andlowerremnantpolarization(4-16I．tC／c

6、m2)whichblockedthecommercialapplicationprocessofFerroelectricMemory．Thus，peopleareeagertofindsomenewferroelectricmaterials．Rare-earthdopedB“Ti5012(BTOforshort)ferroeloctricthinfilmshavebecomemostpotentialmaterialsreplacingtheconventionalPZTthinfilmsforapplicationinnon-volat

7、ileFerroelectricMemory,duetoitshigherremnantpolarization(2Pr)，excellentfatigueendurance，relativelylowcrystallizationtemperature．Andthestudiesonthefilmfabricationandtheimprovementsoftheferroelectricperformancearecentralissues．EspeciallyinthestudyofBilossduringtheheattreatmen

8、t,howmuchBiexcessshouldbeadded．TheBLTthinfilmswimexcessBicontentswerepreparedontoa