论文部分内容阅读
PZT(锆钛酸铅)薄膜因为其良好的机电耦合特性、较大的剩余极化强度、压电系数、热释电系数、优异的介电性能、较小的漏电流密度而且易与MEMS工艺相结合,被广泛应用于微电子的各个领域,如铁电存储器、数字开关、振动能量采集器以及燃料电池等。本文中在Pt/Ti/SiO2/Si底片上通过射频磁控溅射法分别在不同沉积温度以不同时间来制备不同厚度的PZT薄膜,并使其分别在500℃、600℃和700℃进行快速退火处理,然后将Pt/Ti作为顶电极沉积到PZT薄膜表面并用王水将其进行图形化。介绍了通过溶胶-凝胶法制备PZT薄膜的原理及制备工艺流程,通过对前驱溶液进行热重-差热分析,确定后续热退火工艺参数,将不同制备工艺参数的PZT薄膜进行了快速退火处理。然后对两种方法制备的PZT薄膜表面形貌、XRD分析、残余应力、介电性能与漏电特性进行了测试对比分析。分析结果表明：射频磁控溅射法制备PZT薄膜晶粒尺寸在40-90nm范围内,退火温度的升高可以有效减小薄膜粗糙度,由2.72nm减小到0.316mn,但溅射温度升高会使晶粒尺寸出现较大波动,由89.53nm减小到44.01nm,而溶胶-凝胶法制备的薄膜晶粒尺寸变化较小；射频磁控溅射法制备的PZT薄膜平均残余应力相对变化较大,但其表面更均匀,通过温度变化对其进行控制更有效。溶胶-凝胶法则在1GPa内变化,较为稳定；射频磁控溅射法制备的PZT薄膜介电常数能够达到35000比溶胶-凝胶法制备薄膜大10倍左右,但与XRD分析结果一致的是这一数值并不是PZT薄膜介电常数的稳定值；当测试直流电场强度为491.8KV/cm时,射频磁控溅射法制备PZT薄膜的漏电流仅为1.75×10-9A/cm2,而且其可承受的直流电场强度超过983.55KV/cm,通过多项式拟合结果可以看出,漏电流密度的线性增长系数为1.79×10-12,而溶剂-凝胶法制备PZT薄膜在测试电场强度约为100KV/cm时,漏电流密度最小值为1.37×10-6A/cm2,而线性增长系数为1.52×10-8,都远大于磁控溅射法制备的PZT薄膜。