Abstract
本文主要探討利用射頻平面磁控濺鍍法濺鍍鈦酸鉛薄膜時，製程條件與基 板形態對薄膜結晶行為與微觀結構的影響，以及其相關的鐵電特性。研究 中發現在(100)單晶矽基板上濺鍍鈦酸鉛薄膜時，縮短濺鍍距離，同時增 大輸出功率，可降低鈣鈦礦的結晶溫度，而且控制適當的濺鍍條件，可 在(100)矽晶基板上鍍出具明顯(101)優選晶向的鈦酸鉛薄膜。此外，實驗 亦發現鈦酸鉛薄膜需要長時間才能完成結晶孕核的過程。在鉑鈦金屬電極 上濺鍍鈦酸鉛薄膜，可降低鈣鈦礦相的形成溫度，實驗中顯示可比直接濺 鍍在(100)矽晶上降低約40℃，在460℃即可獲得完全是鈣鈦礦結構的鈦酸 鉛薄膜，其結晶行為基本上是屬於隨機指向結構，但在適當的濺鍍條件下 ，亦有形成(100)優選結晶方向的趨勢。所得鈦酸鉛薄膜的相對介電常數 值約在240~280之間，矯頑電場約介於170kV/cm~180kV/cm之間，其殘留極 化量與薄膜優選指向性的強弱有關，基板溫度為480℃時，鈦酸鉛薄膜具 有較明顯的(100)優選晶向結構，其殘留極化量也較高，約為28μC/cm2。 以具有(100)優選晶向的鎳酸鑭電極鍍層為基板所得的鈦酸鉛薄膜具有很 強的(100)優選結晶指向性，而且比在鉑鈦金屬電極上所得鈦酸鉛薄膜具 有更佳的表面平整度。濺鍍溫度在480℃~520℃之間，薄膜的相對介電常 數值約在180~240之間，在480℃與500℃所得鈦酸鉛薄膜具有正常鐵電特 性，其矯頑電場約210kV/cm，殘留極化量約為16μC/cm2。添加低熔點的 氧化釩可促進鈦酸鉛薄膜晶粒成長，同時增強鈦酸鉛薄膜的優選結晶性， 使其具有更優良的(100)優選晶向結構，鈦酸鉛薄膜與鎳酸鑭薄膜電極之 間的接合相當緊密，表面具有良好的表面平整度；添加10%釩，在400℃即 可獲得鈣鈦礦結晶相，在440℃~480℃之間濺鍍所得鈦酸鉛薄膜的相對介 電常數值比純鈦酸鉛薄膜高，在460℃所得釩鈦酸鉛薄膜相對介電常數可 達約499，殘留極化量約為30μC/cm2，矯頑電場大小約105kV/cm。