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新型PST铁电薄膜的制备及其性能研究

作 者: 李元昕
导 师: 刘梅冬
学 校: 华中科技大学
专 业: 微电子学与固体电子学
关键词: PST铁电薄膜 非制冷红外焦平面阵列 Sol-Gel技术 XRD分析 扫描电镜分析 热释电系数
分类号: TN304.055
类 型: 硕士论文
年 份: 2004年
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内容摘要


PbSc0. 5 Ta0. 5O3 (简称为PST) 铁电薄膜与常用热释电材料相比,具有很高的热释电系数、高的介电常数,低的介电损耗,热释电探测优值可以提高数倍以上,器件比较简单,兼容性好,并可与半导体器件集成等特点。它是制备铁电薄膜非制冷红外焦平面阵列(UFPA)和铁电微型致冷器的优选材料。成为研究的热点之一。本文研究了PST铁电薄膜的Sol-Gel制备技术,讨论了溶胶-凝胶工艺条件对薄膜的微观结构和性能的影响。为PST铁电薄膜制备和器件的开发奠定了基础。用改进的Sol-Gel 技术在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备出PST铁电薄膜。以乙醇钽(Ta(OC2H5)5),醋酸钪(Sc(OOCCH3)3·xH2O)和醋酸铅(Pb(OOCCH3)2·3H2O)为原料,乙二醇独甲醚(CH3OCH2CH2OH)为溶剂。研究了不同的热处理温度和时间对PST薄膜的晶相结构和性能的影响,制备出无裂纹、致密性好、晶粒尺寸分布均匀的PST薄膜。对制备出的PST铁电薄膜进行了XRD和扫描电镜分析。分析表明制备出的PST铁电薄膜杂相很少,薄膜无裂纹、致密性好,晶粒尺寸分布均匀。650~850℃的RTA条件下得到的结果表明,制备PST薄膜的最佳工艺条件为:RTA750℃×15min或800℃×5min。研究出通过在PST薄膜与基片之间引入PT种子层的方法,为PST薄膜结晶提供了晶核,有效改善PST薄膜在基片上成核生长和降低结晶温度。同时进行了介电性能、铁电性能和热释电性能的测试。得出了PST薄膜的εr-f曲线、tgθ-f曲线、εr-T曲线、C-V曲线、P-E特性曲线、I-V曲线和J-E曲线。采用简化的Byer-Roundy方法测试出PST薄膜的热释电系数峰值为7.4×10-4Cm-2K-1。PST薄膜的器件优值为2.7×10-5Pa1/2。

全文目录


摘 要  3-4
ABSTRACT  4-7
1 绪 论  7-24
  1.1 铁电材料的研究发展  7-9
  1.2 铁电材料的选择  9-10
  1.3 Pb(Sc0.5Ta0.5)O3体材料的性质  10-13
  1.4 PST材料的性能及应用  13-17
  1.5 热释电-铁电UFPA  17-22
  1.6 本文研究的主要内容及其意义  22-24
2 PST铁电薄膜的制备  24-35
  2.1 PST铁电薄膜的制备技术  24-26
  2.2 PST铁电薄膜的新型Sol-Gel法制备工艺  26-31
  2.3 匀胶速度和时间对PST薄膜的影响  31-32
  2.4 热处理工艺及其对薄膜性能的影响  32-33
  2.5 PST凝胶的热重和差热分析  33-35
3 PST铁电薄膜的微结构分析  35-42
  3.1 PST铁电薄膜的X射线衍射分析  35-39
  3.2 PST铁电薄膜的扫描电镜分析  39-42
4 PST铁电薄膜的电性能表征  42-52
  4.1 介电性能  42-44
  4.2 铁电性能  44-45
  4.3 C-V特性  45-46
  4.4 漏电流性能  46-47
  4.5 热释电性能  47-52
5 全文总结  52-54
致 谢  54-55
参考文献  55-60
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文目录  60

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料 > 一般性问题 > 制取方法与设备 > 半导体薄膜技术
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