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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:張凱智
研究生(外文):Chang, Kal-chih
論文名稱:利用脈衝雷射濺鍍法製備鐵電薄膜多層結構
論文名稱(外文):Multilayer Structure of Ferroelectric Thin Films Prepared by Pulsed Laser Deposition
指導教授:周振嘉
指導教授(外文):Chou Chen-Chia
學位類別:碩士
校院名稱:國立台灣工業技術學院
系所名稱:機械工程技術研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1997
畢業學年度:85
語文別:中文
論文頁數:111
中文關鍵詞:脈衝雷射濺鍍法鐵電薄膜緩衝層鐵電氧化物電極鈦酸鍶
外文關鍵詞:pulsed laser depositionferroelectric thin filmbuffer layerferroelectricoxide electrodestrontium titanate
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本文主要利用準分子脈衝雷射濺鍍法以製備鐵電薄膜,利用緩衝層(
buffer layer )架構於矽基板上建立多層薄膜結構;其中緩衝層採用施體
添加鈦酸鍶(Sr0.9La0.1TiO3, Sr0.9Y0.1TiO3)與鈷酸鍶鑭(La0.5
Sr0.5CoO3)兩種不同材料,鐵電層則以鈦酸鉛鍶( Pb1-xSrxTiO3 )為
主。 在
鑭或釔施體添加鈦酸鍶緩衝薄膜的系統中,基板溫度愈高,所沈積薄膜結
晶性愈好,且經由模擬鐵電薄膜製程中之通氧製程,兩種不同施體添加的
鈦酸鍶薄膜,都仍可維持其半導特性,在緩衝層上鍍上Pb0.99Sr0.01TiO3
鐵電薄膜後,量測多層結構之電性。其介電常數約為25~30,電荷儲存密
度為0.02 mC/㎝2,殘留極化值為0.02 mC/㎝2。 而在鈷酸
鍶鑭( La0.5Sr0.5CoO3 )緩衝薄膜上製備之 Pb1-xSrxTiO3 / La0.5Sr0.5
CoO3 /Si(100) 鐵電薄膜多層結構,在三種不同成份之Pb1-xSrxTiO3鐵電
薄膜中,以x=0.01之極化值最大,平均值為Ps = 61 mC/㎝2,Pr = 38
mC/㎝2;而以動態模擬量測所得之電荷儲存密度則達Qc= 2.4 mC/㎝2。並
發現鍶添加量愈少,鈦酸鉛鍶鐵電薄膜之極化值、矯頑電場與漏電流都會
隨之增加。
另外在鈷酸鍶鑭(La0.5Sr0.5CoO3)緩衝薄膜上,經由不同之氧分壓、基板
溫度等濺鍍條件的控制,可分別濺鍍出不同擇優晶面之薄膜結構,發現緩
衝層之擇優晶面對鐵電層有相當之影響,可經由緩衝層的控制,來得到不
同擇優晶面之鐵電薄膜。並分別製備四組不同結構之緩衝薄膜(非晶質、(
m00)擇優、(110) 擇優、多晶 ),上面鍍以Pb0.6Sr0.4TiO3鐵電薄膜,藉
由P-E量測發現以(m00)擇優方向之鈷酸鍶鑭緩衝層為基礎者,其飽和極化
值(Ps)可達32 mC/㎝2,殘餘極化值(Pr)為14 mC/㎝2,矯頑電場(Ec)為18
kV/㎝,最適於非揮發隨機存取記憶體(NVRAM)之應用。
為驗證與比較以緩衝層取代下電極是否可行,於本文的最後我們改採白金
下電極,形成 Au/Pb0.6Sr0.4TiO3/Pt/Ti/SiO2/Si的多層結構,其由C-V
曲線所計算得到的介電常數值約為1440,而飽和極化值(Ps)可達40 mC/
㎝2,殘餘極化值(Pr)則為21 mC/㎝2,矯頑電場( Ec)為43 kV/㎝;顯示
低電阻率的金屬電極對提升鐵電薄膜多層結構殘餘極化值,有正面 的影
響;而較大的矯頑電場,可能便是導致金屬電極易疲勞的原因。
Ferroelectric thin films have been grown using buffer layers on
silicon as a multilayer structure by means of pulsed laser
deposition in the present experiment. Various buffer
layers were investigated for use in Pb1-xSrxTiO3 (PSrT) thin
films deposited on silicon. Deposition of La3+ or Y3+ donor
doped SrTiO3 buffer layer (SLTO or SYTO) has shown that
increase in crystalinity correlates with enhancement in the
substrate temperature. Both La3+ and Y3+ doped SrTiO3 showed
semiconductive characteristics after annealed in oxygen
atmosphere at 500℃. Pb0.99Sr0.01TiO3 films were deposited on
buffer layers and the capacitance- voltage (C-V) curves
indicated that the Pb0.99Sr0.01TiO3deposited on SLTO/Si or SYTO/
Si substrates showed ferroelectric properties. Highly (moo)
textured Pb1-xSrxTiO3 films were grown on La0.5Sr0.5CoO3 (LSCO)
buffer layers. The Pb0.99Sr0.01TiO3 film showed a relatively
larger polarization than the Pb0.8Sr0.2TiO3 and Pb0.6
Sr0.4TiO3 films. However, the polarization, coercive electric
field and leakage current increased with decreasing content
of Sr. On the other hand, using appropriate oriented LSCO
buffer layers yields PSrT films with various textures.
Electrical properties of these textured films have been
investigated. Remanent polarization of (m00) preferred-oriented
Pb0.6Sr0.4TiO3 film is 32 mC/㎝2, which is larger than the
others. Pb0.6Sr0.4TiO3 thin films have also been deposited on
Pt/Ti/SiO2/Si by pulsedlaser deposition. The values of remanent
polarization and coercive field of the Pb0.6Sr0.4TiO3
films were estimated to be 21 mC/㎝2 and 43 kV/cm, respectively.
This indicates that the metal electrode show positive
effect on remanent polarization and is detrimental to coercive
electric field which is probably related to the fatigue
properties of ferroelectrics.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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