铁电薄膜的制备.ppt

制膜方法观念
类课程以开关效应为基础的铁电随机读取存储器(FeRAM)中Pb(Zr,Ti)O3(PZT)基铁电薄膜是较常用的材料。由于PZT系铁电材料耐疲劳性能较差以及铅的公害问题，近年来人们对新材料体系进行了开发和研究，发现了铋系层状结构的SrBi2Ta2O9(SBT)铁电薄膜。这类薄膜材料具有良好的抗疲劳特性，用其制作的FeRAM,在1012次重复开关极化后，仍无显著疲劳现象，且具有良好的存储寿命和较低的漏电流。以高容量为主要要求的动态随机存储器(DRAM)常采用高介电常数(εr)的铁电薄膜作为电容器的介质材料。选用高介电常数的铁电薄膜(εr高达103—104)作为电容介质，可大大降低平面存储电容的面积，有利于制备超大规模集成(ULSI)和DRAM。目前研究的介质膜有PZT，SrTiO3(ST)，BaTiO3(BT)和(Ba,Sr)TiO3(BST)等。由于工作在铁电相的铅系铁电薄膜(如PZT)具有易疲劳、老化及漏电流大、不稳定等缺点，目前介质膜的研究主要集中在高εr的顺电相BST薄膜。在光电子学应用方面，(Pb,La)(Zr,Ti)O3(PLZT)铁电薄膜是最受关注的材料。由于它具有良好的光学和电学性能，调整其化学组成可以满足电光、弹光及非线性光学等多方面的要求。此外，PLZT还可用于集成光学，是一类很有希望的光波导材料。但PLZT铁电薄膜的化学组成复杂，且性能对组分的变化很敏感，这很不利于薄膜的制备。KTN亦是一类很有希望用于光电子学的薄膜材料。在光学非线性和光折变效应方面，KTN比PLZT更好一些，而且在薄膜制备方面不像PLZT那样要求苛刻。PLZT和KTN均为钙钛矿结构材料。钨青铜结构的SBN［(Sr1-xBax)Nb2O6］等铁电晶体是主要的电光材料，这类材料的薄膜化已有一些报道。随着光电子学的发展，这类铁电薄膜将日益受到人们的重视。自20世纪50年代人们开始研究铁电薄膜，至今已有几十年的历史，但由于受到薄膜制备技术的限制，研究一直进展缓慢。直到20世纪80年代，薄膜制备技术取得了一系列的突破，许多物理和化学方法用于制备铁电薄膜，扫除了铁电材料与半导体工艺等技术障碍，因而铁电薄膜材料得到了飞速的发展。利用铁电氧化物薄膜所具有的介电、铁电、压电、电致伸缩、热电、光学、电光等性能，可以制得很多种类的铁电薄膜器件，这些铁电薄膜器件都具有十分诱人的应用前景和潜在的巨大市场。目前铁电材料及器件的研究还面临着诸多问题。例如，薄膜化引起的界面问题，小型化带来的尺寸效应和加工、表征问题．集成化导致的兼容性问题等等。因此，今后铁电薄膜的研究和发展方向有：重视铁电异质结构特性及向光新效应的研究；进一步研究铁电薄膜的尺寸效应，印记效应，保持性能损失以及频率依赖关系；开发铁电薄膜在光学和微电机系统中的应用；大力研发和开拓新型铁电薄膜器件。铁电薄膜的应用前景十分诱人,近年来,人们对铁电薄膜的研究已取得可喜的进展,但铁电薄膜要在实际应用上取得重大突破,还有大量的研究工作要做。这些工作既包括铁电薄膜的基础性研究工作,如疲劳机理、漏电机制、材料中的各种缺陷控制、界面控制及电极材料对铁电性能的影响机理等,也包括铁电薄膜应用基础研究工作,如新材料体系的开发、薄膜制备新技术及器件结构设计与应用的研究。
材料及试验方法