鈦酸鋇-鈦酸鍶高壓陶瓷概述

BST=(Ba,Sr)TiO3，Ti為 4價(jià)電子態(tài)，因?yàn)锽a和Sr在其中均為 2價(jià)電子態(tài)，所以Ba、Sr可以保持合一性的配比，即BaxSr1-xTiO3（0

BST屬于鐵電體，具有鐵電性，不同配方的BST具有不同的居里溫度Tcurie和奈耳溫度Tn,對(duì)其參雜比較廣泛，不同的參雜配方可以對(duì)BST的鐵電和介電性能有顯著的改善?，F(xiàn)有配方已可以研制出居里溫度低于室溫的塊材和薄膜，在研究的初期受到關(guān)注的可替代 SiO2 的高介電系數(shù)的介電材料是Ta2O5，BST比Ta2O5具有更高的常溫下介電常數(shù)值。BST是BaTiO3和SrTiO3的固溶體。BaTiO3和SrTiO3是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的高介電系數(shù)的鐵電材料。塊材料的BaTiO3 和SrTiO3 已經(jīng)深入的研究過(guò)了，它們的介電系數(shù)可以達(dá)到1,000 的數(shù)量級(jí)?！瓣P(guān)于將 BST 薄膜集成到半導(dǎo)體工藝中的研究工作最早來(lái)自日本的半導(dǎo)體公司。早在1995 年的國(guó)際電子器件會(huì)議（International Electron Devices Meeting）上，Mitsubishi 公司就展示了含Ru/BST/Ru 結(jié)構(gòu)的DRAM 器件。NEC 也研究了RuO2/BST/TiN/Al 的器件設(shè)計(jì)。美國(guó)在這方面的研究也不甘示弱，由Defense Advanced Research Projects Agency 出面于1993 年組織了一個(gè)關(guān)于BST 研究的大聯(lián)合體。這個(gè)聯(lián)合體包括美國(guó)的三大內(nèi)存制造商（Micron，IBM，德州儀器公司），Advanced Technology Materials,Inc. （CVD 工藝的開(kāi)發(fā)商），Varian（CVD 設(shè)備供應(yīng)商），North Carolina State University 和德國(guó)的University ofNorth-Rhine-Westphalia, Aachen（亞琛工業(yè)大學(xué)）。該聯(lián)合體的組建，迅速推動(dòng)了BST 的集成鐵電學(xué)的研究?！?

“傳統(tǒng)的硅工業(yè)一直按照摩爾定律的預(yù)測(cè)在向高集成度發(fā)展。動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度也需要不斷的提高，也就是要求信息存儲(chǔ)在更小的面積內(nèi)。然而，用來(lái)表達(dá)信息的電荷量卻要保持在一定的水平，以保證信息能被探測(cè)和區(qū)別出來(lái)。簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，這個(gè)要求就是：在電容器的面積減少的情況下，保持其電容的值。因?yàn)殡娙莺碗娙萜鲀蓚€(gè)電極之間的距離成反比，如果在面積減小的時(shí)候，相應(yīng)的減小電介質(zhì)的厚度，可以不使電容下降。傳統(tǒng)的方法就是不斷的減小二氧化硅非晶層的厚度來(lái)滿足動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器向高集成度發(fā)展的要求的。然而，當(dāng)電介質(zhì)的厚度小到一定程度后，電子的隧道穿透效應(yīng)將會(huì)使該器件無(wú)法工作。這個(gè)厚度就是它的極限厚度。約80 年代末期，人們開(kāi)始普遍的關(guān)注到這個(gè)極限的到來(lái)，并開(kāi)始尋找解決的途徑[Kingon,1996]。為了繼續(xù)提高存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)密度，研究者們提出了兩種可能的途徑，如圖 1所示。第一種途徑是改變?cè)瓉?lái)的電極結(jié)構(gòu)，由二維的平面結(jié)構(gòu)變?yōu)榱Ⅲw的三維結(jié)構(gòu)。使用立體的電極結(jié)構(gòu)，可以在有限的面積內(nèi)有效增加電極的表面積，也就是說(shuō)增加了比表面積。這樣，在器件的集成度提高后，存儲(chǔ)器件單元可以使用的面積雖然減小了，但是由于比表面積達(dá)增加，電容的表面積可以維持一定的水平，從而可以維持一定的電容值。第二種途徑是用高介電系數(shù)的電介質(zhì)替換低介電系數(shù)的二氧化硅，也就是通過(guò)提高電介質(zhì)的介電系數(shù)來(lái)滿足集成度提高的要求。第一種途徑的優(yōu)點(diǎn)是可以不用改變介電層而使用傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單的SiO2，這樣在工藝上是成熟的。但是其缺點(diǎn)也是非常突出的，這就是結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性帶來(lái)的器件制造成本的上升。非常復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)在目前的工藝水平基礎(chǔ)上甚至是不可能的。正是在這樣的背景下，人們主要開(kāi)展了對(duì)第二種途徑的研究，即尋找一種高介電系數(shù)的電介質(zhì)材料來(lái)試圖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的低介電系數(shù)的非晶SiO2 介電層，為繼續(xù)提高存儲(chǔ)器件的密度做準(zhǔn)備?！?

“”部分為論文內(nèi)容，高介電鈦酸鍶鋇薄膜的電子顯微研究，Transmission Electron Microscopy Study on High-Permittivity Barium Strontium Titanate Thin Films 研 究 生 ：金紅政