磁控濺射法制備PZT薄膜研究.pdf

1、PZT（鋯鈦酸鉛）薄膜因?yàn)槠淞己玫臋C(jī)電耦合特性、較大的剩余極化強(qiáng)度、壓電系數(shù)、熱釋電系數(shù)、優(yōu)異的介電性能、較小的漏電流密度而且易與MEMS工藝相結(jié)合，被廣泛應(yīng)用于微電子的各個(gè)領(lǐng)域，如鐵電存儲(chǔ)器、數(shù)字開關(guān)、振動(dòng)能量采集器以及燃料電池等。
　　本文中在Pt/Ti/SiO2/Si底片上通過射頻磁控濺射法分別在不同沉積溫度以不同時(shí)間來制備不同厚度的PZT薄膜，并使其分別在500℃、600℃和700℃進(jìn)行快速退火處理，然后將Pt/Ti作為頂

2、電極沉積到PZT薄膜表面并用王水將其進(jìn)行圖形化。介紹了通過溶膠-凝膠法制備PZT薄膜的原理及制備工藝流程，通過對(duì)前驅(qū)溶液進(jìn)行熱重-差熱分析，確定后續(xù)熱退火工藝參數(shù)，將不同制備工藝參數(shù)的PZT薄膜進(jìn)行了快速退火處理。然后對(duì)兩種方法制備的PZT薄膜表面形貌、XRD分析、殘余應(yīng)力、介電性能與漏電特性進(jìn)行了測試對(duì)比分析。
　　分析結(jié)果表明:射頻磁控濺射法制備PZT薄膜晶粒尺寸在40-90nm范圍內(nèi)，退火溫度的升高可以有效減小薄膜粗糙度，由

3、2.72nm減小到0.316nm，但濺射溫度升高會(huì)使晶粒尺寸出現(xiàn)較大波動(dòng)，由89.53nm減小到44.01nm，而溶膠-凝膠法制備的薄膜晶粒尺寸變化較小;射頻磁控濺射法制備的PZT薄膜平均殘余應(yīng)力相對(duì)變化較大，但其表面更均勻，通過溫度變化對(duì)其進(jìn)行控制更有效。溶膠-凝膠法則在1GPa內(nèi)變化，較為穩(wěn)定;射頻磁控濺射法制各的PZT薄膜介電常數(shù)能夠達(dá)到35000比溶膠-凝膠法制備薄膜大10倍左右，但與XRD分析結(jié)果一致的是這一數(shù)值并不是PZT薄

4、膜介電常數(shù)的穩(wěn)定值;當(dāng)測試直流電場強(qiáng)度為491.8KV/cm時(shí)，射頻磁控濺射法制備PZT薄膜的漏電流僅為1.75×10-9A/cm2，而且其可承受的直流電場強(qiáng)度超過983.55KV/cm，通過多項(xiàng)式擬合結(jié)果可以看出，漏電流密度的線性增長系數(shù)為1.79×10-12，而溶劑-凝膠法制備PZT薄膜在測試電場強(qiáng)度約為100 KV/cm時(shí)，漏電流密度最小值為1.37×10-6 A/cm2，而線性增長系數(shù)為1.52×10-8，都遠(yuǎn)大于磁控濺射法制備