射频磁控溅射法制备STO薄膜

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钛酸锶薄膜(简称STO)做为介电材料因为具有介电常数高、漏电流低、损耗低,热稳定性好等特性,应用于动态存储、大规模集成电路等。由于薄膜性能的优劣会直接影响到相应产品的性能,而随着微电子集成技术、传感器、光电子等相关技术的快速发展,器件的小型化、集成化,多种功能集于一身已成为主流发展趋势。那么,优化薄膜的制备工艺和提高薄膜的性能就成了薄膜研究的重点。本文利用射频磁控溅射法在Pt/Si上沉积了STO薄膜,并且详细研究了薄膜制备的各个工艺参数。通过相应的测试对薄膜的组分、相结构、厚度、表面形貌、微结构等进行分析。改变制备工艺在Pt/Si上沉积了双层STO薄膜,并研究了其相结构和形貌。上述实验取得以下研究结果:(1)分别在Pt/Si (111)、Pt/Si (220)取向的基片上沉积了STO薄膜,薄膜呈现择优取向生长。基片的取向会极大程度的诱导薄膜的生长,使薄膜呈现了择优性取向生长。因此可以通过使用不同取向的基片,来获取不同择优取向生长的薄膜。(2)通过改变溅射时间制备出了不同厚度的STO薄膜,并拟合出溅射时间与薄膜厚度的函数。因此,可以通过改变溅射时间来调节薄膜的厚度。(3)通过对溅射工艺参数的大量实验研究,得出制备STO薄膜的优化工艺参数:溅射温度500℃、溅射气压0.18Pa、氧气氩气比为20sccm:10sccm、沉积时间90min、退火处理为700℃有氧环境。(4)500℃下在Pt/Si(111)基底沉积,700℃有氧环境退火处理,重复一次该工艺制备了双层STO薄膜。溅射原子在基片上有更充足的动能扩散、成核、生长,同时有氧环境中两次退火使得薄膜晶化较为完全。双层的STO薄膜在化学计量比,晶粒尺寸,薄膜平整性,致密性,薄膜晶化程度等方面都比单层薄膜好。
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