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铁电薄膜由于其在集成电路和其它功能器件中的应用,受到了越来越多的关注。在这些应用中,制备集成铁电薄膜优质的缓冲层薄膜和底电极薄膜显得尤为重要。为此,近年来人们开始研究与铁电薄膜具有相近结构,且化学和热稳定性较好的半导、导电金属氧化物。钛酸锶(SrTiO3)与多数铁电材料的晶格结构和化学相容性匹配良好,掺杂的SrTiO3在还原烧结后可获得较好的半导化性能,是基底与铁电材料间良好的缓冲层材料。另外,LaNiO3的晶体结构是一种赝立方钙钛矿结构,与目前广泛研究的铁电薄膜(PZT、BST等)具有类似的晶体结构和良好的晶格匹配性,它还具有高的化学和热稳定性,因而被公认为铁电薄膜器件理想的电极材料之一。因此,本文开展了溶胶,凝胶法制备掺铌钛酸锶(Nb-SrTiO3)薄膜和LaNiO3薄膜的研究。主要内容如下:
1、以钛酸丁酯、乙酸锶和自制的Nb-柠檬酸乙二醇无水溶液为原料,制备出Nb- SrTiO3前驱液,研究了用水量、乙酸、乙二醇等组分加入量对前驱液性能的影响。
2、用旋涂法在Si(100)衬底上制备了掺铌钛酸锶薄膜。研究了退火温度、退火方式、薄膜厚度等不同工艺条件对Nb- SrTiO3薄膜性能的影响,运用XRD、SEM、白光干涉、四探针测试等分析手段表征薄膜的性能。分析结果表明:在Si衬底上涂覆3层(厚度约150nm),以常规烧结速率于750℃下还原烧结30min,制备出了性能良好的SrTi0.95Nb0.05O3薄膜,其室温电阻率约为47×10-3Ω.cm,SEM分析表明薄膜具有良好的表面形貌,白光干涉测得其表面粗糙度为1.93nm。
3、研究了施主掺杂对薄膜电性能的影响。实验表明,施主(Nb5+)掺杂量的大小对薄膜半导化的程度有明显影响,在掺杂量为5.0%时,薄膜的电性能较好。在SrTiO3中铌离子替代钛位可使SrTiO3实现n型掺杂,增加了载流子浓度,提高了材料的电导率。
4、采用溶胶凝胶方法在Si(100)衬底上制备了(100)取向的LaNiO3导电氧化物薄膜。研究了不同退火温度、退火时间、薄膜厚度、烧结气氛等工艺条件对于薄膜电阻率和表面形貌的影响,总结了制备较低电阻率LaNi03(100)薄膜的最佳工艺条件,并对相应作用机制进行了分析。