论文部分内容阅读
铁电栅薄膜晶体管(Ferroelectric-gate thin-film transistor，FGT)由于其具有非挥发特性，而且单元结构和制备工艺简单、铁电薄膜层与半导体沟道层的界面特性好、容易大面积集成、可实现全外延结构和柔性器件，成为了一种受欢迎的铁电存储器结构。然而，为了得到较好的性能，目前的FGT堆垛结构中的铁电薄膜一般是在特殊的基底(如SrTiO3)上外延生长而得到，昂贵的基底和与当前成熟的硅工艺的不兼容性显然会限制FGT的应用和发展。于是在硅基底上制备高质量的FGT具有很重要的意义。本论文以硅为衬底，选用LaNiO3(LNO)同时作为底栅电极和模板层，首先得到高质量的择优取向Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)铁电薄膜，继而制备出ZnO/BNT/LNO/Si FGT单元器件。具体工作和结果概括如下：1.导电氧化物电极LNO薄膜的制备与表征采用脉冲激光沉积法(PLD)在Si基底上制备了导电氧化物LNO薄膜，研究了基底温度(450℃-750℃)和沉积氧压(50mTorr-200mTorr)对LNO薄膜微观结构和电学性能的影响。结果表明：(1)随着基底温度的升高，LNO薄膜的结晶性得到改善；基底温度为600℃时，结晶性最好；温度过高时，有杂相产生。(2)随着氧压的增加，LNO薄膜的(110)取向度逐渐增强，薄膜电阻率减小。(3)在600℃基底温度和200mTorr氧压条件下制备的LNO薄膜具有相对较好的性能，其电阻率为1.26m·cm，且表面平整致密，满足作为模板层和底电极的要求。2. BNT/LNO/Si异质结的制备与表征采用PLD方法分别在Pt/Ti/SiO2/Si、 LNO/exact-Si(平坦Si)和LNO/miscut-Si(斜切Si)基底上沉积了BNT铁电薄膜，分别研究了底电极和衬底对BNT薄膜生长的影响。结果表明：(1)以Pt作为电极制备的BNT薄膜主要沿c轴取向生长，而以LNO作为电极制备的BNT薄膜主要沿(117)和(200)取向生长；LNO电极上生长的BNT薄膜有更大的剩余极化和介电常数。(2)对比平坦Si基底上生长的样品，在斜切Si基底上生长的BNT薄膜呈现出a轴择优取向，且表面更加平整，表面粗糙度较小，具有更大的极化和介电常数。3. ZnO/BNT/LNO/miscut-Si FGT的制备与表征基于上述研究，在斜切Si基底上，采用PLD方法依次制备了LNO底电极、BNT铁电薄膜绝缘层和ZnO沟道层，形成了ZnO/BNT/LNO/miscut-Si FGT单元器件，并对其输出特性和转移特性进行了测试分析。结果表明：所制备的FGT显示出典型的n沟道增强型晶体管特性，并具有较好的电学性能，其阈值电压、存储窗口、开关比和亚阈值摆幅分别达到了1.1V、3.0V，1.8×106和240mV/decade。