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Bi系层状钙钛矿氧化物材料以其优良的铁电性能受到广泛的关注,被认为是最有可能应用到商用铁电存储器的材料。其中Bi4Ti3O12(BIT)基系列材料具有较大的自发极化,较低的处理温度以及较高的居里温度等特点,有利于商业化发展。但是纯BIT薄膜剩余极化值小、抗疲劳特性差,必须对其进行掺杂改性才能加以应用。本论文选用B位等价Hf4+掺杂的BIT(BTH)薄膜材料为研究对象,系统分析了BTH薄膜性能改善的原因以及BTH薄膜的铁电各向异性,并在此基础上开展了BTH薄膜与第三代宽禁带半导体GaN的集成研究。主要包括以下内容:首先开展了BTH薄膜脉冲激光沉积技术(PLD)的生长研究,探索了主要工艺参数(沉积温度、氧分压)对BTH薄膜的影响,优化了BTH薄膜生长工艺,制备出了高质量的BTH薄膜。离子掺杂会导致BIT薄膜铁电性能的改善。为此,本论文在SrTiO3(111)单晶基片上分别制备了以导电氧化物SrRuO3为底电极的BIT薄膜和BTH薄膜,研究了Hf掺杂对Bi系层状铁电薄膜的微结构和电学特性的影响。实验表明,Hf掺杂不会改变薄膜的层状结构及生长取向,但能有效提高薄膜的铁电性能,以满足铁电存储器应用的要求:剩余极化强度增大至3倍,矫顽场减小至70%,抗疲劳特性得到明显的改善。控制薄膜的生长取向,制备取向趋近于极化方向的薄膜是提高其铁电性能的一个重要途径。而离子掺杂可能改变Bi系层状铁电薄膜原有的极化方向,因此,研究Hf掺杂对BIT薄膜各向异性的影响至关重要。采用PLD方法在单晶氧化物基片STO(001)、STO(111)上分别外延生长了c轴(00l)-BTH薄膜和近a轴的(104)–BTH薄膜。(104)–BTH薄膜的剩余极化强度和介电常数εr (分别为45.7μC/cm2、425)要远远高于c轴BTH薄膜(分别为1.5μC/cm2、245),其铁电各向异性与纯BIT薄膜是一致的。换句话说,B位等价Hf掺杂不会改变Bi系层状铁电薄膜的各向异性,对于这类材料,控制其生长取向、制备非c轴(或近a轴)取向薄膜是获取铁电性能良好的BTH薄膜的有效途径。铁电/半导体集成薄膜由于其广泛的应用背景一直倍受青睐,论文开展了BTH/GaN集成薄膜的制备和性能研究。通过TiO2和SrRuO3(SRO)薄膜的缓冲,实现以(104)BTH薄膜与GaN的集成生长。SRO/ TiO2双层过渡层降低了铁电薄膜和半导体材料间的晶格失配,有效的改善了其界面特征,使得在GaN上制备的BTH薄膜具有与在单晶STO基片上制备的BTH薄膜相近的铁电特性和漏电流密度。这一研究结果为实现GaN基包括铁电存储器和铁电场效应晶体管在内的铁电集成器件提供了可能。