鐵電存儲(chǔ)器關(guān)鍵工藝與器件建模研究.pdf

1、近幾年來(lái)，將鐵電薄膜和硅基半導(dǎo)體工藝相結(jié)合的新型半導(dǎo)體器件越來(lái)越受到世界各國(guó)研究者的廣泛青睞。其中，鐵電存儲(chǔ)器由于其兼有低功耗、讀寫(xiě)速度快、抗輻射等多方面優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為最有前途的新一代非揮發(fā)存儲(chǔ)器之一。本文圍繞鐵電存儲(chǔ)器研制過(guò)程中相關(guān)的若干關(guān)鍵問(wèn)題，開(kāi)展了以下四個(gè)方面的研究工作。
　　 ⑴從鐵電性、介電性及漏電流方面考慮，確定了處于準(zhǔn)同形相界成分點(diǎn)的Pb(Zr,Ti)O3(PZT)薄膜是制備鐵電存儲(chǔ)器較為理想的材料。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)摸

2、索了陶瓷靶材的最佳燒結(jié)工藝。研究了濺射氣壓對(duì)PZT 薄膜成分波動(dòng)的影響，討論了濺射氣壓、氣氛、襯底溫度對(duì)BaPbO3(BPO)薄膜電阻率的影響。使用射頻磁控濺射法以500oC的較低溫度在BPO 電極上原位沉積了用于鐵電存儲(chǔ)器的PZT 薄膜。和傳統(tǒng)的Pt 電極相比，BPO 電極的使用能有效的改善生長(zhǎng)其上PZT 薄膜的鐵電疲勞特性并降低矯頑場(chǎng)。
　　 ⑵采用2θ-sin2ψ和Williamson-Hall 法分別研究了生長(zhǎng)在不同厚度

3、BPO 電極上準(zhǔn)同形相PZT 薄膜的殘余應(yīng)力和微觀應(yīng)力。結(jié)果表明當(dāng)BPO 層厚度為34nm，68nm，135nm和270nm 時(shí)，PZT 薄膜呈現(xiàn)張應(yīng)力。通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算可以得知，這種張應(yīng)力主要來(lái)自相變應(yīng)力，它和PZT 薄膜的晶粒尺寸成正比，并且可以通過(guò)改變BPO 層的厚度來(lái)加以調(diào)整。結(jié)合結(jié)構(gòu)精修的分析方法，我們發(fā)現(xiàn)，張應(yīng)力的存在有助于準(zhǔn)同形相PZT 薄膜中四方相向單斜相的轉(zhuǎn)變。在準(zhǔn)同性相附近，單斜相比四方相具有更大的極化效率，從而能

4、獲得更高的剩余極化和更小的矯頑場(chǎng)。
　　 ⑶從鐵電薄膜微觀機(jī)理入手，采用幾何圖示方法解釋了鐵電疇在外電場(chǎng)中極化反轉(zhuǎn)規(guī)律，并推導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)提取鐵電偶極子矯頑場(chǎng)分布函數(shù)ρ(Ec+,Ec-)的方法。在此基礎(chǔ)上，引入了極化反轉(zhuǎn)函數(shù)來(lái)表征鐵電電容宏觀極化強(qiáng)度隨外電場(chǎng)變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式，建立起用于鐵電存儲(chǔ)器電路仿真的鐵電電容器件模型和將該模型嵌入IC 仿真平臺(tái)的方法。該模型不僅可以用于鐵電存儲(chǔ)器電路優(yōu)化，還能作為一種分析工具來(lái)研究鐵電薄膜中的各種