[發明專利]一種改善鐵電薄膜電容器性能的方法

有效

• 申請號: 201910680727.1
• 申請日: 2019-07-26
• 公開（公告）號: CN110718630B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 張修麗;徐紅霞;汪麗莉;時志;黃志強
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: H10N97/00
• 分類號: H10N97/00
• 代理公司: 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 杜亞

本發明涉及一種改善鐵電薄膜電容器性能的方法，在采用正探針尖端或負探針尖端向鐵電薄膜電容器中的薄膜施加電壓以讀寫鐵電薄膜電容器的過程中，將尖端輸入的脈沖長度縮至2ms以下，且/或在鐵電薄膜電容器被電壓極化后，將尖端輸入的電壓調至0V后保持一段時間，以改善鐵電薄膜電容器性能。本發明的一種改善鐵電薄膜電容器性能的方法，簡單易操作且成本較低，解決了現有技術中采用正探針尖端輸入電壓時鐵電薄膜電容器耐疲勞性能較差和讀寫速度較慢的問題，同時解決了采用負探針尖端輸入電壓時鐵電薄膜電容器讀寫速度有待進一步提高的問題，極具推廣價值。

技術領域

本發明屬于電子器件技術領域，涉及一種改善鐵電薄膜電容器性能的方法。

背景技術

電容器是電子設備中廣泛使用的電子元件之一，在集成電路中有著不可替代的作用。鐵電薄膜電容器作為一種特殊的電容器也被大量使用。隨著電子信息技術的迅速發展，對于電容器器件的性能提出了更高的要求，其中，讀寫速度是衡量電容器器件性能好壞的重要標準。當用正探針尖端向鐵電薄膜電容器輸入電壓時，器件點電極或者線電極下面的鐵電薄膜區域擴散，造成極化面積增加，這些正探針尖端電荷所致的區域極化效應造成電容器“寄生層”產生，導致鐵電薄膜電容器的讀寫時間增加，讀寫速度較慢，而且由于“寄生層”的出現，使本來就很薄的鐵電薄膜的有效厚度減小，從而使剩余極化下降，同時形成的缺陷在以后的極化反轉時會影響耐疲勞性能，這些顯然不利于鐵電薄膜電容器的應用，需要找到合適的方法避免這些問題的出現，以達到改善鐵電薄膜電容器性能的目的。

博士論文“聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)鐵電納米薄膜性能及電活性界面層作用機理研究”通過在鐵電薄膜和電極層之間引入界面層(如電子導體PEDOT/PSSH和離子導體PVPA)以提高鐵電薄膜的性能以及讀寫速度，起到了一定效果，但是因為需要在鐵電薄膜與電極層之間引入界面層，相對來說比較復雜，也增加了操作工序和成本；“聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)納米薄膜極化反轉與疲勞特性”(物理學報,2015,64(16).)通過退火處理與成膜過程中對濕度的控制來實現鐵電性能的提高，效果也比較有限。

專利CN98814030.6公開了一種鐵電電容器與半導體器件，該電容器由上電極、鐵電薄膜和下電極構成，所述鐵電薄膜是含有某種金屬元素的鈣鈦礦型氧化物，而所述上電極和下電極包含由所說的金屬元素和貴重金屬組成的金屬間氧化物，該專利通過改變電極結構和使用無機鐵電薄膜材料來避免電壓輸入時在鐵電薄膜和界面層中的“寄生層”，從而使鐵電電容器鐵電薄膜極化性能提高，反轉速度加快，讀寫速度也得到提升，但是需要使用特定的電極材料，在材料選用、裝置制備方面都比較苛刻；專利CN201710362281.9公開了一種高讀出電流的非揮發鐵電存儲器及其操作方法，該專利通過增加導電疇壁周長以提高非揮發性鐵電存儲器導電疇壁的讀出電流，也是通過將電極結構進行改進，增加分支電極來進行操作，實驗條件相對復雜；專利CN201610557208.2針對鐵電薄膜作為阻變存儲器的介質層材料存在開關比較小的問題，提供一種可以調控開關比的鐵電阻變存儲器，通過在鐵電薄膜材料制備過程中控制其厚度，調節鐵電材料與底電極材料界面的鐵電疇釘扎層與薄膜內鐵電疇可翻轉層的比例，從而實現鐵電阻變器件開關比的增大，從而增加讀寫速度，但是制備過程中需要對鐵電薄膜的厚度進行調節，操作起來有一定難度；專利CN201610098138.9公開了一種非易失性鐵電存儲器及其制備方法和讀/寫操作方法，該鐵電存儲器包括鐵電薄膜層及其表面刻蝕鐵電存儲單元以及設置在鐵電存儲單元兩邊的左右讀寫電極層，可以實現以大電流方式對所存儲的電疇邏輯信息進行非破壞性快速讀出，但是裝置比較復雜，操作起來也有一定難度；專利CN201480015331.0公開了一種具有改善的疲勞和擊穿性能的鐵電電容器。

另外，采用負探針尖端輸入電壓時讀寫速度雖然相對已經很快，但是仍然有必要進一步提高。

因此，研究一種簡單高效、成本低廉的方法來改善鐵電薄膜電容器性能，尤其是改善耐疲勞性能和提高讀寫速度，具有十分重要的意義。

發明內容