Abstract
鐵電薄膜的應用中研究最多且最富市場潛力者，首推關於記憶方面之研究，其中，應用在非揮發性記憶體（nonvolatile memory）的鐵電材料，以鋯鈦酸鉛（Pb(Zr, Ti)O3, PZT）以及簡稱Y1的鍶鉍鉭鈮氧化物（SrBi2(Ta, Nb)O9）最受重視。而鍍膜方法則以射頻磁控濺鍍法及金屬有機鹽化學氣相沉積法所得的薄膜品質最佳。另外，使用氧化物電極來取代傳統的白金╱鈦電極，則對薄膜產生從優取向、降低製程溫度、減少疲勞現象等方面有不錯的表現。 本實驗利用射頻磁控濺鍍法（RF magnetron sputtering），於室溫下濺鍍PZT薄膜在LNO/Pt/Ti/SiO2/Si的底材上，再經由不同溫度的快速升溫退火（rapid thermal annealing, RTA）熱處理，對其物理性質與電氣特性加以探討。 由結果顯示，在室溫下濺鍍PZT薄膜，經550℃、 60sec，於空氣中做RTA熱處理，即可形成具鈣鈦礦結構之PZT薄膜；且因使用LNO作為其下電極，所以得到具有（100）優選方向性之薄膜。 另外，隨著RTA熱處理溫度的升高，PZT薄膜的晶粒逐漸長大，晶粒大小約從20nm增加至50nm。由SEM觀察得知，在750℃高溫下熱處理後之薄膜，因為熱應力作用導致產生較多的微裂縫。 由ICP對薄膜做定量分析結果得知，使用計量比之PZT靶材（Pb1.05(Zr0.5, Ti0.5)O3），於室溫下濺鍍而後再經RTA熱處理之PZT薄膜，其成份為Pb0.6(Zr0.64, Ti0.36)O3，與靶材成份有很大的偏差。 在1kHz的頻率下，不論PZT的膜厚為何，其介電常數值均在650左右，而逸散因子小於5%。另外，隨RTA溫度的升高，介高常數亦隨之提升，但在750℃時，介電常數反而下降。 不論PZT的膜厚為何，隨著RTA溫度的上升，其漏電流會先降後升，於650℃、700℃時漏電流最低，約為10-9 A/cm2，而崩潰電場為400 kV/cm；然而，在750℃高溫熱處理後之薄膜，其漏電流則會明顯上升至10-6 A/cm2，且崩潰電場下降到300 kV/cm。 對PZT薄膜由小至大施加不同的外加電壓，則其電滯曲線亦會由小變大，其中殘留極化量由4 uC/cm2增加到23 uC/cm2，而矯頑電場則從37 kV/cm增加到210 kV/cm。隨著RTA溫度的升高，殘留極化量亦隨之變大，但矯頑電場僅小幅上升。而隨著膜厚的增加，殘留極化量則有較明顯上升的趨勢，但矯頑電場的變化幅度不大。 濺鍍40分鐘的PZT薄膜，經600℃、650℃、700℃的熱處理後，其抗疲勞性較好，皆可耐1010cycle測試。而對於在相同RTA熱處理條件，不同膜厚的PZT薄膜來說，則發現當薄膜最薄（73 nm）時，其抗疲勞性最好，可耐1010cycle測試。