烘烤温度对溶胶-凝胶法制备镧掺杂钛酸铋薄膜结构与铁电性质的影响.pdf

第53卷第7期2004年7月 物 理 学 报 V01．53，No．7，July，2004 PHYSICASINICA ⑥2004 1000．3290／2004／53(07)／2373．05 ACTA Chin．Phys．Soc． 烘烤温度对溶胶．凝胶法制备镧掺杂钛酸铋 薄膜结构与铁电性质的影响* 王 强 沈明荣 侯 芳 甘肇强 (苏州大学物理系，苏州215006) (2003年5月2013收到；2003年11月4日收到修改稿) 采用溶胶．凝胶法，在保持薄膜结晶温度和有机物分解温度相同情况下，发现烘烤温度(即溶剂的挥发温度)对 镧掺杂钛酸铋薄膜的晶体结构、表面形貌和铁电性质均产生重要影响．在较低烘烤温度下得到的薄膜(117)择优取 向明显．但随着烘烤温度增加，薄膜的(117)择优取向逐渐减弱．薄膜的表面晶粒形貌则从棒状逐渐转变为盘状．还 测量了薄膜的铁电性质，发现在250。C烘烤温度下得到的薄膜具有最大的剩余极化强度，2尸，为28．4p．C／cm2．对实验 现象进行了定性解释． 关键词：溶胶．凝胶法，烘烤温度，铁电薄膜 PACe：8115L，8140G，7780 结晶温度外，有机物质分解温度对BLT薄膜的结构 1．引 言 和铁电性质有重要的影响¨J．但是目前未见到对薄 膜烘烤温度与其结构和铁电性质关系的研究报道． 铁电薄膜因其在非易失性铁电随机存储器 本文采用溶胶．凝胶法，对在不同烘烤温度下得到的 (FeRAMs)中的应用而倍受关注¨_5J．人们已经对很 薄膜的微观结构和铁电性质进行了研究．发现在不 多有铁电性能的薄膜材料进行了应用方面的研究． 同烘烤温度下薄膜中结晶取向和表面形貌发生有规 律的变化，观察到薄膜的剩余极化强度与薄膜烘烤 其中锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti，一，)O，，简称Pz，I)薄膜M1以 温度的关系． 其较大的剩余极化强度值P，和较低的工艺温度而 成为研究重点．但是，PZT的疲劳度太差，并且由于 2．实验方法 Pb的挥发性带来了环境问题．为了解决这些问题， 人们尝试过钽酸锶铋(SrBi：％O，，简称SBT)，但是， 将摩尔比为3．575：0．75的粉末状硝酸铋和乙 SBT薄膜的结晶温度过高(750cC以上)，这与现在的 酸镧在室温下溶解在乙酸中，搅拌直至得到澄清的 Si工艺不兼容¨1．近来，人们将研究重点转移到了三 溶液．用适量的乙二醇甲谜和少量的乙酸将钛酸丁 价稀土金属(如La，Nd和Sm等)掺杂的钛酸铋薄膜 酯稀释，然后将溶有乙酸镧和硝酸铋的乙酸溶液与 上．这类薄膜具有较低的结晶温度、较大的剩余极化 钛酸丁酯溶液混合，并用乙酸调至0．1mol／L，搅拌 强度P，和很好的疲劳度．其中La掺杂的钛酸铋薄 6—8h以后即可得到橙黄色透明的Bi圳k，，Ti，O，： 膜((Bi，La)。Ti，O∽简称BLT)是最早被发现具有上 述优异铁电性能的M·． 中Bi过量10％以弥补在薄膜制备过程中的Bi缺 研究表明可以采用溶胶．凝胶法制备BLT薄膜． 失．制