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不同晶化工艺对非晶 !"# 纳米薄膜形核取向 生长机理的影响! 黄文曾慧中 张鹰蒋书文 魏贤华 李言荣! (电子科技大学微电子与固体电子学院,成都 "#$$%&) ('$$& 年"月'( 日收到;

'$$& 年(月#$ 日收到修改稿) 射频磁控溅射法室温下在 上制备非晶 )0 (12$3&( ,-$3%' ) /4 薄膜, 非晶 )1, 薄膜分别经常规炉退火 (567) 处理和快速热退火 (8,7) 处理晶化为 (#$$) , (###) 不同择优取向的多晶薄膜9 采用 : 射线衍射测定了薄膜相 组分、 择优取向度;

用原子力显微镜和压电响应力显微镜观察了薄膜表面形貌, 以及对应区域由自发极化形成的铁 电畴像, 观察了不同取向薄膜的电畴分布特征9 结果表明, 8,7 晶化过程钙钛矿结构 )1, 结晶主要以 )1,+)* 界面处 的)*)0 化合物为成核点异质形核并类似外延的结晶生长, 沿界面结晶速率远大于垂直膜面结晶速率, 而567 晶化 样品成核发生在膜内杂质缺陷处, 以同质成核为主9 不同的成核机理导致了不同晶面择优取向生长9 关键词:)1, 薄膜,结晶,形核,力显微技术 ! 国家重点基础研究发展规划项目 (批准号: %#4#$1$4) 资助的课题9 ! 通讯联系人9 =>?@-A:B2A-CDEF*G9 EHD9 GI #3 引言钙钛矿结构的 )012! ,-# J ! /4 因有很大的剩余极 化值、 高的居里温度和优良的 "># 回线矩形度, 而 引起人们的极大兴趣, 被认为是最有潜力应用到铁 电存储器 (6=87K) 中的材料之一 [#, ']

9 )1, 薄膜性 能与薄膜结晶质量、 微观结构密切相关, 薄膜的退火 处理实现了薄膜非晶态向晶态的转变, 是薄膜制备 技术中关键工艺之一9 退火晶化过程中, 不同的成 核机理会导致薄膜晶化后出现不同晶面择优取向生 长9 深入了解形核结晶与生长取向的关系, 有效控 制晶化过程, 对于优化 )1, 薄膜性能具有指导意 义[4―%]

9 之前普遍认为非晶 )1, 薄膜先同质成核晶 化为焦绿石结构, 再异质成核晶化为钙钛矿结构的 )1, [", L]

9 .

M-E2-INF [(] 和O-AAE?F [P] 等人研究了 )1, 在 上的晶化过程, 认为 )* 电极的黏附层 ,- 向)* 电极扩散, 导致 )1,+)* 界面处富 ,- 并以富 ,- 的)1, 为成核点生长为钙钛矿结构的)1,9 QD@IN [#$] 和5REI [##] 等人则发现 FSA>NEA 制备的 )1, 薄 膜在晶化过程中会在 )*+)1, 界面形成 )0)* 化合物, 钙钛矿结构的 )1, 会以该金属化合物为成核点结 晶, 并以 (###) 面取向生长9 可见铁电 )1, 薄膜的形 核结晶与取向生长机理还存在分歧, 有待更确切的 分析手段进一步研究证实9 我们曾借助压电响应力 显微镜 ()6K) 对多晶 )1, 薄膜铁电畴成像, 监测了 )1, 薄膜电畴分布和结晶质量 [#']

9 继此之后, 我们 采用不同的晶化工艺, 对同样条件溅射制备的非晶 )1, 薄膜进行退火处理, 得到了不同择优取向的多 晶)1, 薄膜9 用:射线衍射 (T8U) 测定了薄膜的相 组分、 取向度, 用原子力显微镜 (76K) 观察了薄膜表 面微结构, 并用 )6K 对自发形成的铁电畴成像9 分 析解释了不同退火工艺造成薄膜不同形核机理与取 向生长机理9 '3 实验&'(' 薄膜制备与晶化 采用日本真空仪器公司 (VWX75) 的K).>%$$$> 65Y 铁电溅射镀膜仪, 在.-/' +.- (#$$) 基片上先后直 流溅射沉积 ,-, )* 用作底电极, 再原位射频溅射沉 第%& 卷第4期'$$% 年4月#$$$>4'P$ ($4) +#44&>$L 物理学报75,7 )QZ.Y57 .Y[Y57 XSA9%&, [S94, K@2GR, '$$% ! " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " '$$% 5R-I9)RBF9 .SG9 积 薄膜, 沉积气压为 "()%*