自缓冲层对Bi4Ti3O12铁电薄膜结构和性能的影响

铁电薄膜的性能与薄膜的择优取向和应力有密切的联系。采用X射线衍射(XRD)对3片不同自缓冲层条件下的Bi4Ti3O12(BIT)铁电薄膜进行了择优取向和应力分析,研究了自缓冲层影响择优取向和应力的机理。3片BIT薄膜的内应力均为张应力,并随着(200)峰与(117)峰相对强度的增强而变小,结果表明：a轴择优的BIT薄膜性能最好。

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材料导报

20 0 8年 8月第 2专辑Ⅺ 2卷

自缓冲层对 B4 i 电薄膜结构和性能的影响 i 3 2 T o铁张宇，长明，小平，晓科， 洪左王宋姬(子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，都 6 0 5 )电成 10 4

摘要

铁电薄膜的性能与薄膜的择优取向和应力有密切的联系。采用 X射线衍射 ( ) 3片不同自缓冲Ⅺ对

层条件下的 B4 i 2 BT)电薄膜进行了择优取向和应力分析，究了自缓冲层影响择优取向和应力的机理。3 iT3 ( 1铁 01研

片 BT薄膜的内力均为张应力， I应并随着(0)与(1) 20峰 17峰相对强度的增强而变小，结果表明：轴择优的 BT薄膜Ⅱ I性能最好。 关键词 BT自缓冲层 I择优取向应力摇摆曲线

Ef e to e f b f e y r n S r c u a nd Fe r e e t i o e te f f c fS l- u f r La e so t u t r la r o l c rc Pr p r i so BiTio1 Fe r e e t i 4 3 2 r 0 l c r c Thi l s n Fi m ZHANG,Z Yu Uo a g n,W ANG a pn Ch n mi g Xio ig,S ONG a k,J n Xio e IHo g( tt yLa o ao y o eto i Thn F l n n e rtd De ie,Unv riyo eto i ce c n S aeKe b rt r fElcr nc i i msa dI tg ae vcs iest fElcrncS in ea d Te h oo yo ia c n lg fChn,Ch n d 1 0 4 eg u6 0 5 )

Ab t a t s r c

Th x eln ef r n eo e r ee ti h nfm sh sd e eain t h i rfre re t— ee c l t ro ma c ffro lcrct i i a e pr lt swi terp eer do ina e p l o h

t n n te ss I h sp p ra n lss i o ie r fre r n ain n te s so h e id fB i sa d srse . nt i a e n a ay i s n gv n pee rd o i tt sa d srs e ft rekn so Ti01 o

e o 3 2 (1 B T)fro lcrct i i t i ee ts l b fe a es M o e v r h a s so h efb fe sly r fe t g er ee ti hn fmswi df rn ef ufrly r. ro e,t ec u e ft es l ufr a esafci l h f - - n t ep ee rdo in ain n te s saesu id Th te s so h h e id fB T i i sa ea1 e sl tes h rfre re tt sa dsrs e r tde . esrs e f eir ekn so I t nfm r l tn i sr s o t h l e a dd ce s t eice n ft er t so h 2 0 e k n ( 1 )p a . er s lsidc t a h T hn n er a ewi t r me to h ai f e( 0 )p a sa d 1 7 e ksTh eut iaet tt eBI t i h h n o t n hfl wi h -￣s p e e r d o in a in h s t e b s r p r y i m t t e a a r f r e re t t a h e tp o e t . h o

Ke r y wo ds

BI,s l b fe a e s r fre r n ain,srs e,r c i u v s T ef u frly r,p eerd o i tt s te s s o k n c re - e o g

钛酸铋 B Ts 1( I铁电薄膜由于具有较高的居里点 h i 2 B T) 0

P/ Oz SO/ i底上制备了钛酸铋 ( I薄膜。设备为沈 tTi/ i zS衬 BT)

(7 6 5℃),良好的介电、电性，铁在非挥发性存储器和光电器件等方面有着广阔的应用前景，】且这种材料较传统的铁电薄膜，]如 P ( rTi C P T), b Z￣ )h( Z等还具有无污染、一较低的制备温度和抗疲劳特性好等优点。1 9 9 9年据 Naue道， ak等_首先 tr报 Pr 2]使用 P D方法， L在较低的 6 0 5℃条件下制得了掺的 B T薄 I膜，其具备良好的抗疲劳特性，由此引发了研究钛酸铋基铁电薄膜的研究热潮。其后 Hi fmi tu a等[用制备的 a轴择 r u sd o Ma 3]

阳中科仪器公司生产的激光脉冲沉积系统和德国 L MB A

A DP HYSK公司生产的 C MP X 2 1型 Kr分子激光器 (一 I O E -0 F准

2 6 m) 5 n。制得的 3片薄膜样品中 1片无自缓冲层， 2片带自缓冲层样品的自缓冲层沉积温度分别为 2 0和 70, 0℃ 5℃厚度均为2n 0 m。 3片 B T薄膜的沉积温度均为 70,压均为 1 P, I 5℃氧 5 a厚度均为 4 0 m。 0n

12分析手段及其仪器 .利用英国 B D公司生产的高精度 ( e l R X射 e e B D D X D) e HR线衍射仪对 B T的取向和应力进行分析， I辐射源为 C -, uKa波长为 0 14 5 n步长为 0 0。 . 5 0 6 m, . 6。曲率半径的测量采用高分辨模

优取向 BT薄膜测得了较大的剩余极化， C eg C u n i I而 h n h a pn等 _用制备的 C择优和( 1 ) 4]轴 1 7混合取向的 BT薄膜也测到了 I很大的剩余极化，由此可见 B T的择优取向与 BT的剩余极化 I I联系密切。应力是影响器件的一个重要因素，薄膜的内应力过大将会严重影响器件的性能和寿命，因此薄膜在有良好性能的同时应充分了解薄膜内应力的情况，而关于 B T薄膜内应力方 I面的报道还很少，本文研究了自缓冲层对 BT薄膜择优取向和 I薄膜内应力的影响，这在一定程度上填补了 B T薄膜在应力方 I面的空缺，对器件的制作具有重要意义。

式 ( ( )步长为高精度的 0 0 0。 HR), J . 0 1。多晶薄膜的应力测量一般采用侧倾法 (-i‘ )曲率半 d s 2,和 nI法径法。首先对 BT薄膜的应力分析采用侧倾法，现 s‘的 I发 I,

关系为震荡的曲线 ( 1自缓冲层沉积温度为 70C时 BT薄图为 5￣ I

膜的 d s 2J -i‘关系其它两片关系类似不再给出)这表明薄膜内存 nI,j— j

在织构，侧倾法不再适用，根据应变公式：一

1实验 、

( o d

盟(为不同

时的晶面间距，为、均为 0时的晶面间距 )再由图 1 ,

1 1样品的制备 .采用脉冲激光沉积法 ( usdlsr eoio, L在商用 P l e p s i P D) e a d tn*国家基金项目(0 0 0 0 ) J 6Z 2 1

所示随 s 2增大而趋于增大， i n因此可以判定 BT薄

膜层中 I存在着拉伸应变，与下面用曲率半径法所得的结果相吻合。由这

张宇： 1 8男，9 5年生，士研究生，要研究方向为铁电薄膜材料及其应力 Ema:co 9 5 a o .a硕主 - i ot1 8@yh o c l

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