随着半导体工业的发展,器件向微型化、集成化方向转变成为必然趋势,将铁电功能薄膜与CMOS-Si集成技术高效结合,可实现新型传感、驱动、存储、储能等新颖器件的一体集成,在微机电系统、微电子等领域有着广泛的应用前景。铌酸铋钙(CaBi2Nb2O9,CBNO),具有抗疲劳特性好、温频系数低、居里温度高、机电耦合系数各向异性明显等优越的性能,是一种环保污染少的铁电材料。若能将CBNO薄膜与CMOS-Si基片结合,将在微电子器件中展开许多实际应用,解决微电子器件在高温、高频极端环境下无法工作或老化快等问题。但,高品质的CBNO薄膜离不开高的生长温度(≥ 600℃),而CMOS-Si能承受的极限温度≤500℃,为了与CMOS硅基片集成技术兼容,必须降低薄膜的生长温度。此外,CBNO薄膜各向异性明显,特殊的层状结构以及极化方向与生长方向的矛盾,对薄膜电学性能的提高造成很大的难度。本课题的主要研究内容是利用射频磁控溅射技术,在单晶Si基底上,结合缓冲层技术,引导CBNO薄膜非c轴取向生长,提高CBNO薄膜的电学性能,探究温度、基底种类对薄膜结构和电学性能的影响,并结合快速退火工艺,进一步降低CBNO薄膜生长温度,摸索最佳退火温度,优化工艺参数,获得铁电、介电、储能特性优异的薄膜,实现硅片上优质CBNO薄膜的中低温集成。本文主要研究的成果如下:(1)SrRu03缓冲层(SRO)改善了 CBNO薄膜与Si基底的界面状态,作为籽晶引导CBNO薄膜(1 1 2n+1)择优取向生长,与a/b轴成小角度倾斜的晶粒成功取代了 c轴取向晶粒。(2)基底温度和基底种类直接影响薄膜的结晶性和结晶取向,进而影响电学性能。500℃制备的(117)单一取向的CBNO/SRO/Pt/Ti/Si异质结构,电学性能最佳(εr～480@1 kHz,Ps～63 μC/cm2,Pr～12 μC/cm2@1800kV/cm),横向压电系数e31,f～1.25 C/m2,并且还具备优异的温度-频率稳定性,在500 kHz/1 MHz的高工作频率下,500℃以下均保持介电损耗≤5%。(3)350℃原位沉积的CBNO薄膜必须进行快速退火才具备铁电性,在且在一定温度范围内快速退火温度越高,CBNO薄膜结构和电学性能提升越明显,700℃退火工艺最佳。(4)增大溅射功率,可提高抗击穿强度,延长保温时间可促使CBNO粒子结晶完全,提高结晶性,纯氧高压的保降温气氛能减少氧空位等缺陷,降低损耗,有效提升电学性能。350℃ 130 W高氧压保温20分钟的CBNO/SRO/Pt/Ti/Si退火薄膜含有大量(115)取向织构,在2800 kV/cm的电场下,饱和极化强度Ps～58.5 μC/cm2,其特征电滞回线细长,总储能密度为84.2 J/cm3,储能效率近似89%,展示了 CBNO薄膜在高储能电容器方向的研究与应用前景。