钛酸钡在Si基板上的制备及其作为MOS和磁电耦合单元应用的探索

发布时间：2024-04-01 03:55

　　钛酸钡材料(BaTiO₃,BTO)沉积到Si基板之后形成的BTO/Si异质结构在MOS晶体管、太阳能电池等领域表现出了巨大的应用潜力。对于这种氧化物/Si结构来说,界面处形成可控的且强度够高的内建电场至关重要。然而,对于传统的晶态氧化物,受到材料固溶度的限制,通过掺杂的方法难以在不改变材料性能的同时获得满足器件要求的载流子浓度。因而探索一种新的方法来控制材料中产生足量且可控的可参与形成内建电场的有效载流子对拓展相关半导体器件的应用有重大意义。本文以p-Si(111)为基板,利用RF磁控溅射在室温下先沉积而后再进行后续热处理的方法制备出了具有某种特定网络结构的非晶态BTO薄膜。结果发现,非晶态BTO薄膜的网络结构状态可以通过退火进行调整:退火温度从沉积态升高到420℃时,Ti与O之间不断地通过共价键进行键合,Ti-O网络逐渐完整,这将使O 1s与Ti 2p的结合能差从71.53eV升高到71.67eV;当退火温度继续升高时,Ti-O网络畸变程度下降,O 1s与Ti 2p的结合能差开始下降。Ti-O网络的这种不同的形成状态决定了BTO/p-Si界面处内建电场的大小:当...

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图3.1溅射时长为100min时沉积态非晶BTO薄膜厚度与溅射位置的关系

第三章BTO薄膜在Si基板上的沉积与非晶网络结构的形成33第三章BTO薄膜在Si基板上的沉积与非晶网络结构的形成3.1引言对于BTO薄膜在Si基板上的沉积及其应用，在BTO/Si界面处形成强且可控的内建电场十分关键。由于掺杂会使晶态氧化物的本征特性发生改变，并且引入的载流子浓度有....

图3.2BTO薄膜的溅射模式

这些电场线一方面将加速工作气体中的Ar+离子使之轰击靶材发生溅射，另一方面将加速靶材表面的这些O2-离子使之轰击基板，发生反溅射现象。因此，基板上的物质将被这些O2-离子刻蚀，使得靶材正下方难以沉积上薄膜，当反溅射现象严重时还会使得基板被刻蚀。一般情况下，反溅射效应在靶材正下方最....

图4.18溅射时长分别为（a），（d），（g）10min、（b），（e），（h）40min和（c），（f），（i）100min的BTO薄膜在（a）c420°C，（d）f460°C，（g）i600°C保温2h的SEM照片

浙江大学硕士学位论文76图4.17溅射时长为10min和100min的BTO薄膜的(a)O1s和Ti2p的结合能差和(b)Ti2p光电子峰的半高宽与退火温度的关系Fig.4.17(a)ThebindingenergydifferenceofO1sandTi2pand(b)theF....

图6.21000°C保温1h后2BTO-8NZFO薄膜的SEM照片，（a）i分别对应

浙江大学硕士学位论文92氧离子会往基板加速，从而对薄膜乃至基板进行轰击，造成刻蚀。而对于BTO-NZFO复相靶材，由于BTO相的存在，反溅射效应也应该存在，但显然应该与纯的BTO靶材不同。因此，我们需要先对复相BTO-NZFO材料的反溅射效应进行研究。图6.1为2BTO-8NZF....

本文编号：3944957