实验过程

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BST薄膜材料研究的实验过程如图3-5所示。





图3-5 BST薄膜材料研究的工艺流程
Fig. 3-5 Experimental procedure for BaxSr1-xTiO3 films
3.3.1薄膜制备
在0.5mm厚的Si(100)基片上氧化一层500nm厚的SiO2后，采用直流磁控溅射法制备Pt(100nm)/Ti(60nm)底电极。采用Ba0.6Sr0.4TiO3陶瓷靶材及带自转、公转的射频磁控溅射设备制备 BST薄膜，然后在O2气氛中晶化处理，最后采用直流磁控溅射法在底电极垂直方向上溅射Pt(300nm)上电极Pt，从而得到BST薄膜电容器，其结构如图3-6所示。





图3-6 薄膜电容器结构
Fig.3-6 The structure of the thin film capacitors
射频磁控溅射制备BST薄膜的典型工艺条件见表3-1。
表3-1 磁控溅射BST薄膜的工艺条件
Tab. 3-1 Deposition conditions for BST thin films
本底真空        <5&#61620;10-4Pa
溅射气压        0.1Pa
气体流速比（Ar:O2）        1:1
功率密度        1.17W/cm2
靶材尺寸        &#61542;120mm
基片温度        400℃
基片        Pt/Ti/SiO2/Si
冷却气氛        O2
靶基距        71mm
公自转转速比        5.3:1
3.3.2 分析与表征
BST薄膜的微结构分析方法见表3-2。
表3-2 BST薄膜的微结构分析方法
Tab. 3-2 Analysis method for the microstructures of BST thin films
仪器名称        型号        分析内容
台阶仪        美国DEKTAK 3ST SYSTEM        膜厚
X射线光电子能谱仪(XPS)        英国VG公司MICROLAB MKⅡ        成分
X射线衍射仪(XRD)        荷兰菲利浦公司
X’ Pert pro mpd        晶体结构
原子力显微镜(AFM)        日本精工 SPA-300HV        晶粒尺寸、表面粗糙度
压电力显微镜(PFM)        日本精工 SPA-300HV        电畴
扫描电子显微镜（SEM）        日立S-503        表面形貌、膜厚
3.3.3 性能测试       
采用HP4284A LCR仪测量BST薄膜材料的电容、损耗及其频率特性、电压特性（测试系统见图3-7）。通过下面的公式可以求得相对介电系数&#61541;r：
(3-1)

在上式中，A是电容器的面积，d是介质层的厚度，&#61541; r是相对介电系数，真空介电系数&#61541;0=8.85&#61620;10-12。根据[εr(0)-εr(app)]/εr(0)×100%计算介电系数的电压变化率。

图3-7 HP4284A LCR仪测试系统
Fig. 3-7 The photograph of HP4284A LCR measuring system
采用Radiant精密LC铁电材料测试仪(见图2-3)测量各样品的电滞回线（P-E曲线）。

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太高深拉  呵呵