论文部分内容阅读
MgO薄膜具有很好的热稳定性、化学稳定性和电绝缘性能，且与常见的功能性薄膜材料如PZT、YBCO等具有非常接近的晶格常数，因此常作为Si衬底和功能薄膜材料之间的过渡层，起到缓解晶格失配和阻止相互扩散的作用。MgO薄膜作为过渡层，其结晶质量直接影响着功能薄膜材料的性能好坏。但Si和MgO之间的晶格失配达到22.5%，直接在Si衬底上很难获得结晶质量较优的MgO薄膜。为了提高MgO薄膜的结晶质量，减小因晶格失配所产生的界面应力，我们在Si衬底和MgO薄膜之间引入ZnO缓冲层。首先，采用射频反应磁控溅射法在Si（100）衬底上制备了c轴择优生长的ZnO（002）薄膜。然后，采用直流反应磁控溅射法分别在Si和ZnO/Si衬底上沉积MgO薄膜，X射线衍射仪（XRD）和原子力显微镜（AFM）分析表明，ZnO缓冲层的引入可以极大的改善MgO薄膜的结晶质量，且缓冲层厚度对MgO薄膜的质量影响较大，沉积时间为25min的ZnO上制备的MgO的质量最好。研究还表明，经过快速退火后的ZnO可以起到更好的缓冲作用。为了进一步提高MgO薄膜的质量，在ZnO缓冲层上沉积MgO薄膜，分别讨论衬底温度、溅射功率、溅射气压、氩氧比等工艺参数对MgO薄膜结构和形貌的影响，得出MgO薄膜的最佳生长工艺条件。同时分别采用快速退火和传统退火对MgO薄膜进行晶化处理，测试结果表明，两种退火方式都能较大程度的改善MgO薄膜的结晶质量，但传统退火后的MgO和ZnO之间存在较严重的相互扩散。最后，在制备好的MgO薄膜上采用直流磁控溅射法沉积PZT薄膜，XRD和AFM测试分析表明，在MgO薄膜上成功诱导生长出沿c轴择优生长的PZT薄膜，晶粒致密均匀，表面平整光滑，结晶质量较好。在PZT和MgO之间引入Pt电极，采用铁电测试仪对PZT薄膜的P-E特性和漏电流进行了表征分析，PZT薄膜的剩余极化强度为21.42C/cm2，漏电流很小，在10-610-7Amps之间。