Abstract
本實驗以磁控濺鍍法鍍製BZT/ (Ta2O5)1-x(TiO2)x薄膜於高阻值Si基板(n-type,電阻率~5000Ω-cm)上，製作具有high-k介電緩衝層之MFIS(metal-ferroelectric-insulator-semiconductor)變容器，觀測其在高頻(1MHz)與微波頻段(50MHz to 25 GHz)下的特性，並探討此特性與製程條件、熱處理過程之關係。高介電常數緩衝層的置入一般被認為可以提升薄膜的有效介電常數並降低微波能量在矽基板的損耗，使得此結構可應用於矽基整合鐵電微波元件上。矽基整合製程為利用製程穩定性高、控制容易、技術成熟的半導體製程將薄膜型被動元件整合在單一晶片上，可滿足高頻通訊被動元件嚴格之規格要求。 實驗結果發現BZT/(Ta2O5)1-x(TiO2)x /HRS結構之MFIS變容器其大部分的調變性在高頻部分是來自於1.Si基板表面因為偏壓施加所顯現的半導體特性和2.因高溫鍍製BZT所造成的緩衝層金屬離子氧化態改變以及對應產生的離子空缺和載子效應。這些在製程中(鍍膜條件、退火溫度、氛圍)不易避免的現象將會使得單一Metal-Oxide-Semiconductor(MOS)的平帶電壓產生偏移，使得兩個back-to-back串接而成C-V圖顯現出製程相關的結果，並反應在不同的極值電容值及迥異的loss-V圖，同時也影響到微波頻段的特性。而在微波頻段中比較低頻的區間其特性是基板性質控制，隨著頻率增加至25GHz，逐漸的轉為順電相調變層與緩衝層控制。顯然的在微波頻段較高頻率的區間，調變性比1MHz時所量測到的小許多，但仍有28.70%( BZT500nm 600℃ /(Ta2O5)0.929(TiO2)0.071 50nm 200℃ /HRS、頻率25GHz、DC bias 32V)之調變能力，於是我們認為未來如果能將製程條件再做改善達到最佳化，將可以成功的將此高調變性薄膜導入矽□半導體製程產業中，真正達到降低生產成本、推廣鐵電材料在微波頻段應用於varactor, filter, phase shifter或其他元件的目的。