原子层沉积铁酸铋薄膜的生长和铁电性能研究

铁酸铋（BiFeO3）是一种性能优异的单相多铁性材料，它具有极强的铁电性能（～100 μC/cm2），可用于研制新一代的微电子存储器，是未来电子工业，国防，航空急需的薄膜材料。基此需求，本申请旨在应用原子层沉积(ALD)生长方法，实现MOS器件用高质量BiFeO3栅极薄膜的生长，为制备存储器奠定良好的材料基础。本项目的研究目标是通过分析BiFeO3薄膜的ALD生长机理，选择合适的前驱体，设计合理的生长条件和次序，实现BiFeO3薄膜组分比例Bi:Fe:O达到1:1:3，薄膜以[111]为主要取向形成斜方六面体结构，具有明显的铁电特性。项目的基本思想是基于ALD薄膜生长的特点，将Bi2O3和Fe2O3合成，达到形成BiFeO3薄膜的目的。本申请是当前国际研究热点，在国内首先提出了BiFeO3 薄膜的ALD生长方法。项目的成功实施对于我国开展微电子存储器的研究，具有重要的推动作用。

铁酸铋（BiFeO3）是一种性能优异的单相多铁性材料，它具有极强的铁电极化（～100 µC/cm2），可用于研制新一代的微电子存储器，是电子工业，国防，航空航天的重要薄膜材料。本项目通过自主改装搭建原位监测原子层沉积设备，研究了铁酸铋薄膜的沉积方法和过程。铁酸铋薄膜的原子层沉积是通过原子层沉积氧化铋和氧化铁合成的，其中应用了原位监测石英微平衡分析（QCM）设备。根据QCM的测试结果，研究了铁酸铋薄膜原子层沉积过程中的物理和化学机制。研究结果表明，由于前驱体的分子尺寸以及前驱体与羟基群化学吸附，Bi-O和Fe-O的沉积出现了自限制生长的现象。在原子层沉积过程中，1：1的Bi3+和Fe3+离子已经形成。通过X射线光电子能谱测试，在250oC温度下，没有发现Bi原子的挥发。同时，通过X射线衍射发现，经过650度退火后，纯的斜方六面体相在铁酸铋薄膜中形成。应用压电响应力学显微技术（PFM）检测与研究发现，原子层沉积的铁酸铋薄膜具有铁电极化特性。通过原子层沉积铁酸铋薄膜证实，原子层沉积是制备铁酸铋薄膜的先进沉积技术，在未来存储器领域有重要应用。本项目完成了预定计划的研究内容和任务，共计发表文章10篇，申请专利2项，培养研究生2名，圆满实现了项目的预期目标。