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研究生: 林曉嵐
論文名稱: 射頻磁控濺鍍法製備Pb(Zr0.9Ti0.1)O3/ Pb(Zr0.1Ti0.9)O3鐵電多層膜
指導教授: 林樹均
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 材料科學工程學系
Materials Science and Engineering
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 101
中文關鍵詞: 射頻磁控濺鍍鐵電多層膜鋯鈦酸鉛
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  • 本實驗是利用射頻磁控濺鍍法製作PZT(10/90)/PZT(90/10)成份互補多層膜於白金基板(Pt/Ti/SiO2/Si)上。研究重點包括單層膜鉛過量和功率的選取,以及等比例與非等比例成份互補的PZT多層膜對晶體結構、微觀結構、介電性質、鐵電特性、疲勞特性以及漏電流的影響。
    結果顯示富鈦的PZT(10/90)單層膜,在鉛過量5 ~ 10 %、RF功率50 W ~ 60 W的條件下,可以在600 oC完全形成單一perovskite相。富鋯的PZT(90/10) 單層膜,在鉛過量10 ~ 15 %、RF功率50 W的條件下,可以在600 oC完全形成單一perovskite相,且其微結構較為緻密,具有最佳的鐵電性。非等比例成份互補多層膜在富鋯PZT(90/10)單層膜厚度與富鈦PZT(10/90)單層膜厚度相等時,有最大的介電常數318、最小的矯頑場62 kV/cm,以及最佳的耐疲勞性質。等比例成份互補多層膜方面,成相溫度較低的富鈦 PZT(10/90) 可以幫助富鋯 PZT(90/10)成相。隨著層數增加:晶粒尺寸會下降,至PZT-12時達到最小約為 10 nm;表面微裂隙所佔的比例減少,PZT-24表面顯得最為緻密;介電常數會上升,至PZT-60達最大值472;殘存極化量會上升至PZT-24的23.6 μC/cm2達最大值,矯頑場會下降至PZT-24的44.3 kV/cm為最小;疲勞性質能有所改善,PZT-8在反轉次數為109次下,仍能維持在88%;漏電流性質以PZT-6在施加電場將近200 kV/cm時,仍維持10□7A/cm2左右的電流密度為最佳。


    摘要………………………………………………………………I 目錄………………………………………………………………II 圖目錄……………………………………………………………V 表目錄……………………………………………………………X 第一章 前言……………………………………………………1 第二章 文獻回顧………………………………………………4 2-1 PZT晶體結構與鐵電特性…………………………………4 2-1-1 晶體結構…………………………………………………4 2-1-2 鐵電特性…………………………………………………5 2-2 鐵電薄膜之發展與研究……………………………………6 2-2-1 鐵電薄膜之發展…………………………………………6 2-2-2 PZT異質多層膜之研究…………………………………7 2-3 濺鍍原理……………………………………………………8 2-3-1 直流濺鍍法………………………………………………9 2-3-2 射頻濺鍍法………………………………………………10 2-3-3 磁控濺鍍法………………………………………………10 第三章 實驗方法…………………………………………………17 3-1 薄膜製作……………………………………………………17 3-1.1 Pt/Ti/SiO2/Si基板製備…………………………………17 3-1.2 PZT靶材製作………………………………………………17 3-1.3 濺鍍PZT薄膜………………………………………………18 3-1.4 熱退火處理………………………………………………18 3-1.5 上電極製作………………………………………………19 3-2 薄膜特性量測………………………………………………19 3-2.1 物性量測…………………………………………………19 3-2.2 電性量測…………………………………………………20 第四章 單層膜的鍍製……………………………………………31 4-1 富鈦的PZT(10/90)薄膜製作…………………………………31 4-1-1 鉛過量對富鈦薄膜的影響………………………………31 4-1-2 RF功率對富鈦薄膜的影響………………………………32 4-2 富鋯的PZT(90/10)薄膜製作…………………………………33 4-2-1 鉛過量對富鋯薄膜的影響………………………………33 4-2-2  RF功率對富鋯薄膜的影響………………………………35 第五章 多層膜的鍍製……………………………………………52 5-1 非等比例成份互補多層膜……………………………………52 5-1-1 XRD晶體結構分析………………………………………53 5-1-2 SEM的表面微結構分析…………………………………53 5-1-3 介電常數以及散逸因子量測……………………………53 5-1-4 鐵電遲滯曲線量測………………………………………54 5-1-5 疲勞性質量測……………………………………………55 5-1-6 漏電流特性………………………………………………55 5-2 等比例成份互補多層膜………………………………………55 5-2-1 XRD晶體結構分析………………………………………56 5-2-2 SEM與AFM的微結構及粗糙度分析………………………58 5-2-3 SIMS的成份縱深分析……………………………………58 5-2-4 介電常數以及散逸因子量測……………………………60 5-2-5 鐵電遲滯曲線量測………………………………………61 5-2-6 疲勞性質量測……………………………………………62 5-2-7 漏電流特性………………………………………………63 第六章 結論………………………………………………………97 第七章 參考文獻…………………………………………………99

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