论文摘要
与传统E2PROM,FLASH等非挥发性存储器相比,新型非挥发铁电存储器FRAM具有低操作电压、快速读写操作、低功耗、信息保持时间长等优异的特性,因而非常适合于嵌入式开发应用。其中集成铁电薄膜是实现铁电存储器的关键。本论文主要研究了集成铁电薄膜LSCO/PZT/LSCO下缓冲层LSCO的靶材制备,磁控溅射工艺参数优化以及薄膜自发形核热力学分析。按照热力学理论,重点研究分析了薄膜生长过程中的自发形核过程。通过分析临界核心半径r *,自由能变化ΔG *两参量,来探讨衬底温度和沉积速率对整个形核过程及组织结构的影响。结果表明,适当提高衬底温度T,并降低沉积速率U可沉积得到晶粒粗大甚至具有单晶结构的薄膜。采用溶胶凝胶自燃烧法制备出的La0.5Sr0.5CoO3靶材优化阈值为:烧结温度1200℃,镧过量系数λ= 0.03。在此条件下制备的靶材表面平整,晶粒均匀,结合致密,孔洞缺陷极少,电阻率最低可达到0.145 m?·cm。改变制备LSCO薄膜的衬底温度和溅射功率两工艺参数,通过分析研究射频磁控溅射制备得到的LSCO/PZT/LSCO集成铁电薄膜的各种性能,最终确定出制备LSCO下缓冲层的优化阈值:衬底温度600℃,溅射功率100 W。在此条件下集成铁电薄膜物相单一,且沿着（110）晶向择优取向;核心层PZT薄膜结晶良好,晶粒均匀,晶界清晰,表面平整,且没有孔洞,致密性很好;薄膜的剩余极化强度达到80μC/cm2,矫顽电压为4.3 V;经过1010次极化反转之后,剩余极化强度仍然维持在96%以上。
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