铁电薄膜材料是具有介电、压电、热释电、铁电等性质的功能材料,被广泛应用于集成电子学、微电子学、微机电系统、光电子学等重要领域。铁电薄膜是非易失性随机存储器(NVRAM)的重要组成部分。随着现代科学技术和信息处理技术的高速发展,对NVRAM是的存储密度、稳定性及使用寿命都有了越来越高的要求。虽然传统的铁电材料(PZT、SBT等)的制备技术已很完善,但其在工业应用方面还存在一些问题,如铁电疲劳、制备温度高等。探索可用于NVRAM的新型高性能铁电材料越来越重要。钙钛矿结构Pb(HfxTi1-x)O3(PHT)铁电薄膜具剩余极化强度高、矫顽场低、介电常数大、成分可调、抗疲劳特性好等优点,可作为NVRAM的候选铁电材料。本论文以钙钛矿结构的铁电薄膜PHT为研究对象,对PHT与半导体材料(Si、GaN)的集成结构进行了系统的研究。主要开展了以下工作:探索Pt(111)/TiO2/SiO2/Si衬底上PHT薄膜的最优生长工艺;在Al2O3衬底上研究缓冲层对PHT薄膜微观结构及性能的影响,并研究不同底电极对PHT薄膜的影响;初步探索铁电薄膜PHT与半导体GaN集成结构的性能。1、首先在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上采用PLD法制备PHT薄膜,探索PHT的最优制备工艺。制备铁电电容结构(MIM),研究PHT薄膜的本征电学性能。研究发现,生长过程中氧分压和生长温度对PHT薄膜的择优取向、铁电极化及漏电流都有显著的影响。然后引入低温自缓冲层技术,有效改善薄膜的微观结构和电学性能。此外,本论文还对比了不同生长温度的自缓冲层对PHT薄膜的微观结构及电学性能的影响,发现插入300℃自缓冲层得到沿(111)取向的高质量外延PHT薄膜,薄膜晶粒大小均匀,且表面平整、结构致密。与600℃直接沉积的PHT薄膜相比,300℃自缓冲层下外延薄膜的漏电流密度降低了3-4个数量级,剩余极化强度提高到63μC/cm2,矫顽场强降低至190 kV/cm,抗疲劳特性也得到了显著改善。2、对比研究了Al2O3衬底上直接和用MgO缓冲沉积PHT薄膜的微观结构,发现插入MgO缓冲层可使得PHT薄膜沿(111)择优取向生长,且薄膜结晶质量良好,表面平整致密。然后对比Pt和SRO底电极对Al2O3衬底上沉积的PHT薄膜的微结构与电学性能的影响,发现由于SRO与PHT都为钙钛矿结构且具有相似的晶格常数,且SRO中的氧原子对PHT薄膜中的氧空位起到一定的补偿作用,可以减少薄膜中的缺陷,SRO下电极上沉积的PHT薄膜具有更好的绝缘特性、更高的剩余极化强度、更强的抗疲劳特性。最后选用SRO为底电极,研究了MgO缓冲层对PHT薄膜电学性能的影响。3、对GaN衬底上制备的PHT薄膜进行了研究。发现在MgO缓冲作用下实现了PHT(111)薄膜在GaN衬底上的外延生长,且延续了MgO在GaN上生长的外延关系:PHT(111)//MgO(111)//GaN(0002);PHT[1-10]//MgO[1-10]//GaN[11-20]。分别制备Au/Ni/PHT/GaN(MFS)和Au/Ni/PHT/MgO/GaN(MFIS)结构并对其电学性能进行测试。