添加奈米微粉對PZT鐵電薄膜影響之研究｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	劉世彥 Shih-Yen Liu
論文名稱：	添加奈米微粉對PZT鐵電薄膜影響之研究
指導教授：	黃金花 Jin-Hua Huang 林諭男 I-Nan Lin
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：	2003
畢業學年度：	91
語文別：	中文
論文頁數：	84
中文關鍵詞：	鋯鈦酸鉛、奈米、鐵電
外文關鍵詞：	PZT, nano, ferroelectric
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本論文以有機金屬裂解法(MOD)鍍製鋯鈦酸鉛(PZT)薄膜，藉由奈米結晶粉的添加，造成異質成核效應，成功的降低了化學液相鍍膜法的製程溫度。原先需要在550℃高溫熱處理成相的PZT，因為結晶微粉的存在而降低成相溫度至450℃。在微結構上，由結晶奈米微粉的添加將晶粒減小至奈米級晶粒(約100nm)並且改善表面粗糙度。
在鐵電特性上，添加奈米結晶微粉的PZT薄膜鐵電性隨著溫度升高而越趨完整，殘存極化量與矯頑場隨著溫度升高分別增加與下降，在750℃時有最佳的殘存極化量29.2μC/cm2﹔在漏電流特性上添加奈米結晶微粉可以降低漏電流密度約兩個數量級，在10-7A/cm2以下，此漏電流密度已合乎工業標準。

最後在TEM的分析上，我們可以在添加結晶微粉未退火的薄膜中，發現的確有結晶微粉的存在，由繞射環與暗視野的結果確定為在非晶質基質中存在的結晶態物質，隨著溫度的升高至450℃，部分微粉區域逐漸形成晶粒，繞射環原本非晶質部分消失形成較完整的鈣鈦相繞射環。TEM的結果是異質成核最直接的證據。

目錄
目錄  i

圖目錄 iv

第一章 緒論  1

第二章 文獻回顧  2

2.1 鐵電性  2

2.2 鈣鈦礦型鐵電材料  4

2.3 鐵電薄膜的製作方法  6

2.3-1 物理氣相沉積法  6

2.3-2 化學氣相沉積法 7

2.3-3化學液相鍍膜法 8

2.3-4添加粉體化學液相鍍膜法 12

2.4 以溶凝膠法製備奈米粉體之介紹  13

2.5 鐵電薄膜在微機電系統上的應用  17

2.6-1 微機電系統（MEMS）簡介  17

2.6-2 記憶元件  18

2.6-3 積體光學元件  20

2.6-4 感測元件  22

第三章 實驗方法  31

3.1基板製備 31

3.2 有機金屬化合物之合成  31

3.2-1 有機金屬羧酸鹽前驅物之合成  31

3.2-2 微粉之合成  33

3.3有機金屬化合物之金屬成分定量 34

3.4 薄膜製程  34

3.4-1 有機金屬鹽裂解法鍍膜溶液配製  34

3.4-2 有機金屬鹽裂解法薄膜製作  35

3.4-4 白金上電極製作  35

3.5 特性量測  36

3.5-1  X-Ray繞射分析 (XRD) 36

3.5-2  SEM掃描式電子顯微鏡分析 36

3.5-3  AFM原子力顯微鏡分析 36

3.5-4  SIMS二次離子縱深分析 37

3.5-5  鐵電遲滯曲線量測 37

3.5-6  漏電流特性量測 37

3.5-7  TEM穿透式電子顯微鏡分析 37

第四章 結果討論  46

4.1 鍍膜先驅物熱重分析  46

4.2 奈米微粉熱處理與其分析  47

4.3 鍍膜流程  49

4.4 薄膜特性分析  49

4.4-1  X-Ray結晶繞射分析  49

4.4-2  SEM表面微結構分析  51

4.4-3  AFM表面粗糙度分析 52

4.4-4  SIMS二次離子縱深成分分析 52

4.4-5  鐵電遲滯曲線分析 53

4.4-6  漏電流密度分析 54

4.4-7  TEM穿透式電子顯微鏡分析 55

第五章 結論  81

參考文獻  82

圖目錄

圖 2-1   鐵電域極化情形  25

圖 2-2   鐵電材料之電滯曲線圖  25

圖 2-3   ABO3鈣鈦礦（perovskite）之結晶構造  26

圖 2-4   PbZrO3-PbTiO3雙相互溶體系統  26

圖 2-5   FRAM元件橫截面圖  27

圖 2-6   Total Internal Reflection，TIR結構圖  27

圖 2-7   光電導記憶元件  28

圖 2-8   電子發射源  28

圖 2-9   焦電塊材紅外線感測元件結構圖  29

圖 2-10  焦電薄膜紅外線感測元件結構圖  29

圖 2-11  新型的紅外線感測器結構圖  29

圖 2-12  具隔熱結構的焦電元件  29

圖 2-13  壓電材料加速儀  30

圖 2-14  行進波轉動馬達  30

圖 2-15  壓電致動元件  30

圖 3-1   含鉛之有機金屬羧酸鹽前驅物之合成方法  39

圖 3-2   含鋯之有機金屬羧酸鹽前驅物之合成方法  40

圖 3-3   含鈦之有機金屬羧酸鹽前驅物之合成方法  41

圖 3-4   以溶膠-凝膠法製備PZT微粉  42

圖 3-5   有機金屬羧酸鹽前驅物之TGA圖  43

圖 3-6   以微粉-有機金屬鹽裂解法製備PZT厚膜流程  44

圖 3-7   黃光剝離（Lift-off）製程  45

圖 4-1   有機金屬前驅物之熱重(TGA)分析圖  57

圖 4-2   奈米微粉之熱重(TGA)分析圖  57

圖 4-3   微粉熱處理結晶繞射圖  58

圖 4-4   微粉SEM圖  58

圖 4-5   結晶微粉TEM圖 59

圖 4-6   鍍膜流程圖  59

圖 4-7   未添加微粉(0.3M)薄膜之熱處理XRD  60

圖 4-8   添加非晶微粉(0.3AP)薄膜之熱處理XRD 60

圖 4-9   添加結晶微粉(0.3CP)薄膜之熱處理XRD  61

圖 4-10  未添加微粉(0.3M)薄膜在不同溫度熱處理之SEM圖  62

圖 4-11  添加非晶微粉(0.3AP)薄膜在不同溫度熱處理SEM圖  63

圖 4-12  添加結晶微粉(0.3CP)薄膜在不同溫度熱處理SEM圖 64

圖 4-13  未添加微粉(0.3M)薄膜在不同溫度熱處理之AFM圖 65

圖 4-14  添加結晶微粉(0.3CP)薄膜在不同溫度熱處理AFM圖 67

圖 4-15  SIMS縱深分布圖 70

圖 4-16  未添加微粉(0.3M)薄膜之P-E Curve  71

圖 4-17  添加非晶微粉(0.3AP)薄膜之P-E Curve  72

圖 4-18  添加結晶微粉(0.3CP)薄膜之P-E Curve 73

圖 4-19  未添加微粉(0.3M)薄膜之J-E Curve  75

圖 4-20  添加非晶微粉(0.3AP)薄膜之J-E Curve  76

圖 4-21  添加結晶微粉(0.3CP)薄膜之J-E Curve  77

圖 4-22  添加結晶微粉(0.3CP)薄膜未退火之TEM圖  79

圖 4-23  添加結晶微粉(0.3CP)薄膜在450℃退火之TEM圖 80

參考文獻
1. Gwo-Chin Chao and Jenn-Ming Wu, “Effect of LaNiO3 Electrode on Electrical Properties of RF-Magnetron-Sputtered Pb(Zr,Ti)O3 Ferroelectric Thin Films”, Jpn.J.Appl.Phys.,40,(2001)1306.
2. M. S. Chen, T. B. Wu and J. M. Wu, “Effect of textured LaNiO3 electrode on the fatigue improvement of Pb(Zr0.53Ti0.47)O3 thin films”, Appl. Phys. Lett., 68(10),(1996)1430.
3. R. Ramesh, H. Gilchrist, T. Sands and V.G. Keramindas, “Ferroelectric La-Sr-Co-O/Pb-Zr-Ti-O/ La-Sr-Co-O heterostructures on silicon via template growth”, Appl. Phys. Lett. 63(26),(1993)3592.
4. 陳銘森, “鎳酸瀾電極對鋯鈦酸鉛溶凝膠製作與特性影響之研究”, 國立清華大學, 博士論文, (1996)
5. 趙國欽, “鋯鈦酸鉛鐵電薄膜漏電流及疲勞性質之研究”, 國立清華大學, 碩士論文, (1997).
6. Yuhuan Xu, “Ferroelectric Materials And Their Application”, Published by NorthHolland, Netherlands, (1991), p1-p36.
7. 楊清泉, “利用LaNiO3電極製備高(100)優選方向性(Pb,La)TiO3溶凝膠薄膜之研究”, 國立清華大學, 碩士論文, (1995).
8. 林家政, “添加劑(La,Mn,Nb)對溶凝膠PZT鐵電薄膜性質之影響”, 國立清華大學, 碩士論文, (1996).
9. 吳啟明, “利用濺鍍法以鎳酸瀾為電極製作動態記憶體之鈦酸鍶鋇薄膜的研究”, 國立清華大學, 博士論文, (1997).
10. G. H. Haerting, “Ferroelectric Thin Film gor Electronic Applications”, J. Vac. Sci. Technol., A9(3), (1991)85.
11. Robert W. Vest,“Metallo-Organic Decomposition(MOD) Processing of Ferroelectric and Electrooptic Films:A Review”, Ferroelectrics, 102 (1990) pp53-68
12. A.Wu, P.M. Vilarinho, I.M. Miranda Salvado, and J.L. Baptista, “SEEDING STUDIES IN PZT THIN FILMS”, Mater. Res. Bulletin, Vol. 33, No.1, pp.59-68 (1998).
13. D. A. Barrow, T. E. Petroff, R. P. Tandon, and M. Sayer, ”Characterization of thick lead zirconate titanate films fabricated using a new sol gel based process”, J. Appl. Phys., 81(2), 876 (1997).
14. C. Jeffrey Brinker and George W. Scherer, “Sol-Gel Science” Academic Press, Inc. (1990)pp2-18
15. C. Sanchez, J. Livage, M. Henry and F. Babonneau, J. Non-Cryst. Solids 100 (1988) 65.
16. J-H. Jean and T.A. Ring, Am. Ceram. Bull. 65 (1986) 1574
17. A. B. Hardy, G. Gowda, T. J. McMAHON, R.E. Neman, H. K. Bowen, in “Ultrastructure Processing of Advanced Ceramics”, edited by J. D. Mackenzie and D. L. Ulrich (Wiley, New York, 1987) pp.407-28
18. Ogiwara, H. Kanako, N. Mizutani and M. kato, J. Mater. Sci. Lett. 7(1988)867
19. Hirashima, E. Onishi and M. Nakagawa, J. Non-cryst. Solids ,121 (1990) 404
20. W. R. Buessem, L. E. Cross, A. K. Goswami, J. Am. Ceram. Soc., 49,33 (1966)
21. A. S. Shaikh, R.W. Vest, G. M. Vest, IEEE. Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, 36, 407(1989)

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