BST薄膜漏电流与软击穿特性研究

论文摘要

BST薄膜具有高介电系数、低漏电流密度、居里温度可调以及优异的热释电性能等优点,可被广泛应用于非制冷红外探测器、动态随机存储器、高介电常数电容器、介质移相器等电子信息领域。在应用中,BST薄膜的漏电流是要重点考虑的电性能参数之一,因此对BST薄膜漏电特性的研究尤为重要。本论文采用射频溅射制备BST薄膜,系统研究了BST薄膜的漏电流特性、软击穿过程,揭示了限流机制和软击穿机理。首先,研究在正反偏压下BST薄膜漏电流的J—V和J—T特性。反偏压时,上电极Pt和BST薄膜形成肖特基接触,漏电流遵循肖特基发射机制。正偏压时,BST薄膜和下电极Pt界面存在大量的界面态,使得漏电流遵循空间电荷限制电流(SCLC)机制,漏电流密度随偏压的增加而急剧增加,随测试温度的增加而减小产生了PTCR效应。其次,研究了BST薄膜的软击穿特性。软击穿过程是氧空位俘获电子、降低势垒的过程。具体表现为软击穿之前漏电流机制为Pt/BST界面肖特基势垒限流,发生软击穿之后、硬击穿之前晶粒间双肖特基限流,此后,随着氧空位俘获电子进一步增加,薄膜两极之间形成永久通道发生硬击穿。软击穿发生后一定时间内,BST薄膜可以恢复,但是软击穿发生后持续时间越长,恢复的情况越差,薄膜损坏越严重。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 热释电效应
• 1.2 BST薄膜的结构及应用
• 1.2.1 BST薄膜基本结构
• 1.2.2 BST薄膜的应用
• 1.3 BST薄膜漏电流研究意义及现状
• 1.3.1 漏电流的研究意义
• 1.3.2 漏电流的研究现状
• 1.4 BST薄膜软击穿研究意义及现状
• 1.4.1 软击穿研究的意义
• 1.4.2 软击穿研究现状
• 1.5 本论文的主要内容
• 第二章 理论基础
• 2.1 固体中的电输运理论
• 2.1.1 载流子从接触处穿过势垒的注入
• 2.1.2 直接隧穿
• 2.1.3 空间电荷限制电流
• 2.2 软击穿理论
• 2.2.1 热化学击穿模型
• 2.2.2 电子俘获模型
• 2.2.3 空穴注入模型
• 2.2.4 逾渗模型
• 2.2.5 阳极模型和临界缺陷模型
• 第三章 实验方法
• 3.1 BST薄膜的制备
• 3.1.1 BST薄膜的制备方法
• 3.1.2 BST薄膜的RF溅射
• 3.1.3 BST薄膜上电极的制备
• 3.2 BST薄膜漏电流测试
• 3.2.1 测试系统简介
• 3.2.2 BST薄膜漏电流及软击穿测试
• 第四章 BST漏电流特性研究
• 4.1 漏电流特性分析
• 4.1.1 正偏压下的J—V特性
• 4.1.2 负偏压下的J—V特性
• 4.2 PTCR效应分析
• 4.3 结论
• 第五章 BST薄膜软击穿研究
• 5.1 BST薄膜软击穿和硬击穿现象
• 5.2 BST薄膜软击穿研究
• 5.2.1 BST薄膜软击穿前的导电机理
• 5.2.2 BST薄膜软击穿对漏电流的影响
• 5.2.3 软击穿的过程
• 5.2.4 软击穿的恢复
• 5.3 软击穿对BST薄膜介电性能的影响
• 5.3.1 软击穿对电容的影响
• 5.3.2 软击穿对损耗的影响
• 5.4 结论
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果