【摘 要】
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新型Hf O2基铁电薄膜,因其具备高极化强度、低能耗、高居里温度、纳米薄膜铁电性、特别是与CMOS工艺兼容等诸多优点,近年来成为铁电存储器领域的研究热点。已有研究表明,Hf O2在掺杂适量的Zr元素能显著提升铁电性能,其中Hf与Zr的原子比为1:1时薄膜铁电性最强。然而,大多数已有研究将Hf O2基铁电薄膜夹持在金属电极材料之间,通过快速高温退火晶化促进正交铁电相的形成来提高薄膜的铁电性和可靠性,
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新型Hf O2基铁电薄膜,因其具备高极化强度、低能耗、高居里温度、纳米薄膜铁电性、特别是与CMOS工艺兼容等诸多优点,近年来成为铁电存储器领域的研究热点。已有研究表明,Hf O2在掺杂适量的Zr元素能显著提升铁电性能,其中Hf与Zr的原子比为1:1时薄膜铁电性最强。然而,大多数已有研究将Hf O2基铁电薄膜夹持在金属电极材料之间,通过快速高温退火晶化促进正交铁电相的形成来提高薄膜的铁电性和可靠性,但是相对较厚的顶电极不利于小尺寸铁电器件的制备。虽然Hf O2基铁电薄膜在大规模生产低成本铁电存储器方面显示出了广阔的前景,但其柔性存储器件的应用研究还刚起步,特别是在热敏柔性衬底上制备Hf O2基柔性铁电器件在技术上还是一个挑战。因此,本论文选择了以下三个方面作为研究重点:1.采用磁控溅射和原子层沉积（ALD）技术,在Si O2基片上制备了Al2O3/Hf0.5Zr0.5O2（HZO）/W的绝缘/铁电/金属叠层结构,接着直接进行快速热退火晶化处理,而后再采用光刻工艺和磁控溅射镀膜技术沉积Pt/Ti N顶电极,研究了不同厚度Al2O3覆盖层对HZO铁电性能的诱导作用,并详细进行了微观结构和电学性能的表征。结果表明,超薄Al2O3覆盖层可成功取代常用金属顶电极材料,诱导HZO优良铁电性能;通过对比极化-电场（P-E）电滞回线,发现Al2O3薄膜厚度为1 nm时,HZO在3 MV/cm的外电场作用下拥有最优极化性能,剩余极化（Pr）强度为17.2μC/cm~2,薄膜漏电流密度在10-5A/cm~2量级。2.制备Ti N/Al2O3/HZO/W和Ti N/Al2O3/HZO/Ti N两种铁电电容器件,研究了底电极采用W或Ti N对HZO铁电性能的不同影响。结果证明,在相同条件下W比Ti N底电极更利于HZO薄膜中正交铁电相的形成,W底电极样品拥有更低的漏电流值和更优的剩余极化性能。3.开发了一种新型薄膜转移技术,将优质HZO铁电薄膜成功转移到热敏柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）衬底上,制备了电学/铁电性能及机械柔韧性优良的HZO柔性电容器件。转移后的HZO多层薄膜表面粗糙度仅为0.9 nm,表面光滑致密,而微观结构表征和电学测试证明了HZO薄膜中铁电正交相的存在;此外,制备的HZO柔性电容器保持了良好的铁电性能,并且该柔性器件经过1000次机械弯曲（9 mm弯曲半径）后,其极化强度、保持性能和疲劳特性没有明显的下降。结果表明,在PET上制备的柔性HZO电容器具有良好的机械柔韧性和耐久可靠性。
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