MFIS结构铁电薄膜场效应晶体管原型器件的制备与性能表征.ppt

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1、MFIS结构铁电薄膜场效应晶体结构铁电薄膜场效应晶体管原型器件的制备与性能表征管原型器件的制备与性能表征 指导教师：唐明华指导教师：唐明华实验类型：综合性实验实验类型：综合性实验2023/1/52n-subp+p+p+source/drain formation(LOCOS Process)STEP 1n-subp+p+Y2O3/CeO2 film deposition(UHV-EB evaporation)STEP 2n-subp+p+Ferroelectric film deposition(Sol-gel spin-coating)STEP 3n-subp+p+Pt TE(gate)fo

2、rmation(Ar/Cl2-RIE)STEP 4Pt TEn-subp+p+Via hole formation(Wet etching&RIE)STEP 5Via holen-subp+p+Al electrode formation(Lift-off)STEP 6Al electrodeY2O3/CeO2Ferroelectric film铁电场效应晶体管的制备工艺流程铁电场效应晶体管的制备工艺流程实验目的实验目的2023/1/53 制备一个制备一个MFIS结构的无铅铁电薄膜场效应晶体管结构的无铅铁电薄膜场效应晶体管的的原型器件原型器件，并对它的电学性能进行表征。，并对它的电学性能进行表

3、征。实验目的实验目的2023/1/54课题来源课题来源n2007.012009.12，无铅铁电薄膜及存储器的制备和失，无铅铁电薄膜及存储器的制备和失 效行为，高等学校科技创新工程重大项目培育资金项效行为，高等学校科技创新工程重大项目培育资金项 目目(076044)，80万元。万元。n2008.012010.12，无铅铁电薄膜的制备及其印记和保，无铅铁电薄膜的制备及其印记和保 持性能研究，国家自然科学基金持性能研究，国家自然科学基金(50772093)，33万元。万元。n2008.012010.12，非破坏性读出无铅铁电薄膜场效应，非破坏性读出无铅铁电薄膜场效应 晶体管的制备及电学性能，湖南省自

4、然科学基金晶体管的制备及电学性能，湖南省自然科学基金 (08JJ3122)，7万元。万元。2023/1/55l匀胶机匀胶机l电子天平电子天平l快速退火炉快速退火炉l干燥箱干燥箱l小型离子溅射仪小型离子溅射仪l铁电分析仪铁电分析仪l4200半导体参数测试系统、半导体参数测试系统、CV590测试仪测试仪lSEM、AFM、XRD、Raman仪等仪等实验所需仪器实验所需仪器2023/1/56磁力加热搅拌器示意图磁力加热搅拌器示意图 匀胶机示意图匀胶机示意图 小型离子溅射仪系统示意图小型离子溅射仪系统示意图 2023/1/57RT66 Ferroelectric Precision TesterRT66

5、 Ferroelectric Precision Tester590 C-V Analyzer(1 MHz)590 C-V Analyzer(1 MHz)2023/1/58实验原理实验原理2023/1/59实验原理实验原理2023/1/510实验步骤实验步骤实验原料实验原料 性能测试性能测试衬底及其处理衬底及其处理 前驱体溶液的制备前驱体溶液的制备 薄膜的制备过程薄膜的制备过程 电极的制备电极的制备 2023/1/511实验步骤实验步骤-铁电薄膜的制备铁电薄膜的制备 3.49 Bi(NO3)35H2O+2.96Ti(OC4H9)4+0.5 Nd(CH3COO)3+0.04V(C5H8O2)3=

6、(Bi3.49Nd0.5)(Ti2.96V0.04)O12+MixedNd(NO3)3 Neodymium nitride Bismuth nitride Bi(NO3)35H2OV(C5H8O2)3 Vanadium(III)acetylacetonate Ti(OC4H9)4 Titanium butoxideGlacial acetic Acetylacetone BNTVOther material前驱体溶液前驱体溶液Precursor solution 3.49:0.5:2.96:0.04:化学溶液沉积法化学溶液沉积法(CSD)2023/1/512实验步骤实验步骤-铁电薄膜的制备铁电

7、薄膜的制备Bismuth nitrideNeodymium nitrideVanadiumTitanium butoxidePrecursor solution yellow sol ab2023/1/513铁电薄膜制备工艺流程图铁电薄膜制备工艺流程图 实验步骤实验步骤-铁电薄膜的制备铁电薄膜的制备2023/1/514退火退火甩膜甩膜干燥干燥热解热解650-800/10min3s/400 rpm50s/3000 rpm3min/4003min/1005-8 times BNTV thin film制膜过程制膜过程实验步骤实验步骤-铁电薄膜的制备铁电薄膜的制备2023/1/515实验步骤实验步骤

8、-原型器件的制备原型器件的制备Sputtering Pt,Au,Ag,Al:100200nm,1umSol-gel,CSD200-300nmRF sputtering,MBE10-20nm2-3 0.5mm,n/p-Si(100),0.1cmElectrodeFerroelectricsInsulatorSi SubstrateBottom-Up2023/1/516测试方法测试方法-铁电薄膜铁电薄膜n铁电性能铁电性能n漏电流漏电流n疲劳性能疲劳性能n介电性能介电性能2023/1/517测试方法测试方法-MFIS原型器件原型器件nC-V曲线曲线nI-V曲线曲线n保持性能保持性能2023/1/51

9、8结果讨论与实验报告要求结果讨论与实验报告要求1.写出实验目的、内容和基本原理。写出实验目的、内容和基本原理。2.简述实验步骤。简述实验步骤。3.收集实验数据，用收集实验数据，用Origin8数据分析软件分别画出铁电薄膜数据分析软件分别画出铁电薄膜的电滞回线、介电曲线、漏电流、疲劳特性曲线，的电滞回线、介电曲线、漏电流、疲劳特性曲线，MFIS结结构原型器件的构原型器件的C-V曲线、曲线、I-V曲线和曲线和C-t曲线曲线(保持性能保持性能)。4.用用XRD、SEM、AFM等仪器分析铁电薄膜的成分和微观结等仪器分析铁电薄膜的成分和微观结构，用数据处理软件把观察结果写进实验报告。构，用数据处理软件把观察结果写进实验报告。5.分析实验参数对铁电薄膜和原型器件的性能的影响。分析实验参数对铁电薄膜和原型器件的性能的影响。2023/1/519Thank you！