Ni-Nb为导电阻挡层的硅基铁电电容器集成研究

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采用磁控溅射法(magnetronsputtering),使用Si(001)基片在室温下制备了可用于铁电存储器集成的导电阻挡层Ni-Nb薄膜及电极La0.5Sr0.5CoO3(LSCO)薄膜,采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)制备了Pb(Zr0.4,Ti0.6)O3铁电薄膜,构建了La0.5Sr0.5CoO3/Pb(Zr0.4,Ti0.6)O3/La0.5Sr0.5CoO3/Ni-Nb/Si(LSCO/PZT/LSCO/Ni-Nb/Si)硅基铁电电容器异质结。利用X射线衍射仪(XRD)、铁电测试仪(PrecisionLCunit)研究了薄膜样品的结构及电容器的铁电性能。  研究发现,50nm的非晶Ni-Nb薄膜可以用作导电阻挡层应用在硅基铁电电容器的集成中。研究发现Pt/La0.5Sr0.5CoO3/Pb(Zr0.4,Ti0.6)O3/La0.5Sr0.5CoO3/Ni-Nb/Si铁电电容器具有良好的铁电性能。这说明异质结界面之间没有反应或互扩散现象,Ni-Nb薄膜在经历退火后仍然是金属态,XRD测试表明PZT具有良好的结晶情况。测量电压为5V时,铁电电容器具有较大的剩余极化强度Pr~35.5μC/cm2,较小的矫顽电压Vc~1.42V,较大的介电常数,其抗疲劳特性及保持特性均良好,说明非晶Ni-Nb薄膜是一种优良的阻挡层材料。  研究了Ni-Nb薄膜厚度对PZT电容器的影响,探讨了Ni-Nb薄膜用作阻挡层的最薄厚度。研究发现Ni-Nb薄膜厚度3.5nm时,PZT电容器仍然具有铁电性,电容器具有较饱和的电滞回线,Pr~18.4μC/cm2,Vc~1.4V,抗疲劳特性及保持特性良好。对其漏电流导电机理研究发现,属于欧姆导电机制。研究发现超薄的Ni-Nb阻挡层可用于硅基铁电电容器的集成。  研究了退火温度对含Ni-Nb阻挡层PZT电容器的影响,发现在对PZT进行530℃、550℃和560℃退火后,电容器仍然具有铁电性,Ni-Nb阻挡层没有失效。550℃退火下的样品的剩余极化强度最大,且矫顽场较对称,电滞回线饱和趋势较好。对三个样品的疲劳和保持特性进行测量发现530℃及560℃退火的样品DP均有不同程度的下降,550℃退火的样品DP基本上保持不变。
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