《CCTO薄膜非勻質微結構與巨介電特性的關聯性研究》是依託電子科技大學,由林媛擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：CCTO薄膜非勻質微結構與巨介電特性的關聯性研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：林媛
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
CaCu3Ti4O12(CCTO)的巨介電特性在微電子領域具有廣闊套用前景。但是，在薄膜化過程中，該材料的介電特性顯著下降，限制了CCTO薄膜的進一步發展和套用。鑒於CCTO的巨介電性能與非勻質微結構密切相關，本項目提出利用高分子輔助沉積（PAD）方法易於形成各種薄膜微結構的優勢，實現非勻質微結構的可控生長，進而調控CCTO薄膜介電特性的研究構想。為達到改善該薄膜材料介電特性的目的，擬重點展開CCTO薄膜中非勻質微結構與介電特性關聯性的研究。將採用PAD方法人為引入CCTO薄膜中的非勻質微結構，研究非勻質微結構的形成與變化規律；通過多種檢測方法，系統的獲得微結構-電性能的實驗數據；進而尋找調控和改善CCTO薄膜介電特性的方法，探索非勻質微結構影響CCTO薄膜介電特性的物理機制。本項目將為認識巨介電現象的物理本質提供有力的實驗支撐，為電子薄膜器件的研製與套用奠定材料基礎。
結題摘要
高介電材料CaCu3Ti4O12(CCTO)薄膜在高密度電容中具有良好的套用前景，但是這類薄膜的介電損耗通常較高，阻礙了它的實際器件套用。本項目的研究表明通過人工設計CaCu3Ti4O12(CCTO)薄膜中的非勻質微結構，可以調控CCTO薄膜的介電特性，並降低薄膜的介電損耗。主要的研究結論包括：（1）使用高分子輔助沉積法（Polymer-assisted deposition, PAD）方法通過高氧壓退火的工藝可以對LaAlO3基片上外延生長的CCTO薄膜的微結構進行調控，高氧壓退火一方面可以降低氧空位，另一方面會改變薄膜的應力狀態，同時還會促進薄膜中TiO2相的形成，三種因素的共同作用導致薄膜介電損耗降低；（2）使用PAD方法，通過在外延薄膜中摻入Zr，實現對薄膜的面內應變的調控，從而調控薄膜的介電性能，實驗結果表明面內壓縮應變越大，介電損耗越小；（3）基片表面台階流結構對使用PAD方法生長的高質量外延薄膜（如TiO2薄膜）的形貌及性能有明顯的影響，在合適的生長條件下，薄膜表面會出現納米有序結構;(4)在(3)的研究基礎上，設計了通過斜切基片表面的台階結構在薄膜中引入非勻質應變疇的方法，對薄膜的應變狀態及應變弛豫機制進行調控，通過疇匹配的應變弛豫方式可以降低失配位錯的密度，從而降低薄膜的介電損耗。以上界面應力調控方法也在用PAD方法製備的VO2薄膜和鎳基片上生長的BaTiO3薄膜系統中得到了套用。本項目從實驗數據總結出薄膜應變與介電性能的關聯性規律，提出了物理（高氧壓退火）和化學（摻雜）等調控應變的方法，並提出了通過基片表面台階結構和疇匹配機制來調控界面應變和釋放失配應力的新方法，這不僅對認識介電薄膜的應變調控和介電損耗機制等基礎科學問題有一定的意義，對實際的器件套用也具有較強的指導意義，具有良好的套用前景。
