论文部分内容阅读
近年来，稀有金属离子掺杂的钛酸铋(Bi4Ti3O12，简写为BTO)铁电薄膜成为研究的热点，这种材料结晶温度较低、抗疲劳特性好、自发极化较大（相对SrBi2Ta2O9薄膜来说），所以可望成为新的铁电随机存储器（FRAM）专用材料。然而，目前用于制备FRAM的铁电薄膜材料体系仍以锆钛酸铅（PZT）系列为主，要想替代这种传统的Pb系列材料，仍然需要寻求结晶温度更低、剩余极化更高和耐疲劳性能更好的铁电材料和制备工艺。 本文用溶胶-凝胶（Sol-Gel）法在Pt／Ti／SiO2／Si基片上制备了Nd掺杂的Bi4Ti3O12薄膜Bi3.15Nd0.85Ti3O12，简记为BNT。将BNT薄膜分别于氮气、空气和氧气中不同温度退火，分别研究了退火气氛和退火温度对BNT薄膜的结构、表面形貌、电学性质、漏电流和疲劳特性等性质的影响。结果表明退火气氛对薄膜的微观结构、表面形貌和铁电性质等都有很大的影响。氮气中较低温度650℃退火的BNT薄膜结晶完全，显示良好的铁电性（2Pr=63.6μC／cm2，Ec=130 kV／cm）和抗疲劳特性，而空气和氧气中退火的BNT薄膜只有在退火温度分别升高到710℃和730℃时才显示较好的结晶度和铁电性。所以，与空气和氧气相比，氮气中退火可以大大降低BNT薄膜的结晶温度。 另外，氮气、空气和氧气中退火的BNT薄膜的表面颗粒平均尺寸随着退火温度的升高而增大，铁电性和介电性却并不是随着退火温度单调增长，而是在到达最佳退火温度点后，剩余极化值又随着退火温度的进一步提高而减小。研究结果还显示BNT薄膜的剩余极化值和介电常数值之间存在正比关系。