BST热释电薄膜漏电特性研究

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BST薄膜具有高介电系数、低漏电流密度、居里温度可调以及优异的热释电性能等优点,可被广泛应用于非制冷红外探测器、动态随机存储器、高介电常数电容器、介质移相器等电子信息领域。对于在器件方面的应用,BST薄膜的漏电流是最重要的电性能参数之一,因此对BST薄膜漏电特性的研究尤为重要。本论文采用射频溅射的方法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备了BST(Ba0.8Sr0.2TiO3)薄膜,系统的研究了BST薄膜漏电特性,揭示了漏电流机制和击穿机制。首先,通过测试和研究BST薄膜的J-V(电流密度-电压)特性、J-t(电流密度-时间)特性、J-T(电流密度-温度)特性,揭示了射频溅射制备的BST薄膜漏电流机制。研究结果表明,当外加电压V小于转变电压VΩ( V <VΩ)时,满足欧姆导电规律: J∝V,电流密度和温度的关系满足: ln J∝-1/T;当V >VΩ时,满足陷阱成指数分布的空间电荷限制电流机理: J∝Vm(m>2),电流密度和温度的关系满足: log J∝1/T。其次,研究了BST薄膜瞬时介电击穿(Time-Zero Dielectric Breakdown)和经时介电击穿(Time-Dependent Dielectric Breakdown)特性。在瞬时介电击穿方面,研究了随着电场强度增大,BST薄膜瞬时介电击穿所经历的过程,发现了一个新的状态——初始击穿状态,根据各状态下的J-V特性、J-T特性研究,阐述了其机理;在经时介电击穿方面,观察并界定了BST薄膜中的软击穿和硬击穿现象,根据软击穿和硬击穿前后J-V特性、J-t特性研究,提出了BST薄膜中软击穿和硬击穿的机制;然后对瞬时介电击穿和经时介电击穿各个状态的漏电流特性比较,建立了包括瞬时介电击穿和经时介电击穿的击穿机制。最后,通过漏电流特性计算了BST薄膜陷阱密度的空间分布、能带分布等微观信息,对BST薄膜的应用研究有一定指导意义。
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