本研究是利用反應性射頻磁控濺鍍法沉積BZT鐵電薄膜於Pt/SiO2/Si與SiO2/Si基板上製作成MFMIS與MFIS結構，藉由不同濺鍍參數如氧氣濃度、濺鍍功率及沉積時間的改變，探討濺鍍參數對薄膜特性的影響。
在物性研究方面，藉由XRD、AFM分析薄膜的結晶性與粗糙度；在電性研究方面，採用HP4284A阻抗參數分析儀以及HP4156C半導體參數分析儀，分析在不同濺鍍參數下之薄膜特性，並探討MFMIS與MFIS元件結構的特性。
經由MFMIS結構之特性量測結果，可獲得薄膜的最佳製程參數，並得到最佳的介電常數為197與外加電場0.5 MV/cm下的漏電流大小為1.41×10-7 A/cm2。此外，由電滯曲線之可得矯頑電場為30 kV/cm與殘餘極化量為7 μC/cm2。另外，在本研究之MFIS結構中，最大的記憶體窗口與最低漏電流也將被詳細的討論。

In this study, the reactive rf magnetron sputtering was used to deposit Ba(Ti0.9,Zr0.1)O3 (BZT) ferroelectric thin films on Pt/SiO2/Si and SiO2/Si substrates, and MFMIS and MFIS structures are fabricated. The effects of various sputtering parameters on the characteristics of thin films, such as the oxygen concentrations, rf power and deposition time are discussed.
The physical characteristics of BZT thin films were obtained by the XRD pattern and AFM morphology. The variations of crystallization and surface roughness of thin films were discussed. The electrical properties of BZT thin films deposited under various sputtering parameters are measured by the HP4284A and HP4156C. From the experimental results obtained, the optimal dielectric constant and leakage current density were 197 and 1.41×10-7A/cm2, respectively, under the applied electrical field of 0.5 MV/cm. In addition, the coercive field and remanent polarization were 30 kV/cm and 7 μC/cm2 from the P-E curves, respectively.
In addition, the electrical characteristics of MFMIS and MFIS structures are discussed. Besides, the memory window and leakage current density of thin films deposited at various sputtering parameters on MFIS structure are also discussed.

目錄 IV
第一章 緒論 1
1.1 簡介 1
1.1.1 鐵電記憶體之應用 2
1.1.2 鐵電材料的種類 3
1.1.3 薄膜沉積方法 5
1.1.4 本論文架構 6
第二章 理論分析 7
2.1 MFIS結構的特色 7
2.1 鈦酸鋇系Ba(Ti, Zr)O3陶瓷材料 8
2.1.1 鈦酸鋇BaTiO3之鈣鈦礦結構特性 8
2.1.2 Zr元素摻雜對Ba(Ti, Zr)O3特性的影響 10
2.2 鐵電材料特性 11
2.2.1 介電極化和極化機構 11
2.2.2 鐵電性質 13
2.2.3 介電損失 14
2.2.4 漏電流 15
2.3 薄膜沉積原理 17
2.3.1 沉積現象 17
2.3.2 薄膜表面及截面結構 17
2.4 反應性射頻磁控濺鍍原理 18
2.4.1 直流輝光放電 18
2.4.2 磁控濺射 19
2.4.3 射頻濺射 20
2.4.4 反應性濺射 20
第三章 實驗 22
3.1 Ba(Ti, Zr)O3薄膜沉積與元件結構製作 22
3.1.1 基板的清洗步驟 22
3.1.2 濺鍍靶材的製作 24
3.1.3 射頻磁控濺鍍系統與薄膜沉積 25
3.2 薄膜物性量測 26
3.2.1 X光繞射(X-Ray Diffraction, XRD)分析 26
3.2.2 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy, SEM)分析 27
3.2.3 原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy, AFM)分析 28
3.3 薄膜電性量測 28
3.3.1 介電常數量測 28
3.3.2 記憶窗口(memory window)量測 29
3.3.3 漏電流特性量測 30
3.3.4 P-E量測 30
3.4 鐵電薄膜的製作流程 31
第四章 結果與討論 32
4.1 氧氣濃度之影響 32
4.1.1 XRD分析 33
4.1.2 原子力顯微鏡(AFM)特性分析 33
4.1.3 電壓-介電常數特性分析 34
4.1.4 漏電流特性分析 34
4.1.5 P-E曲線特性分析 35
4.2 濺鍍功率之影響 35
4.2.1 XRD分析 36
4.2.2 原子力顯微鏡(AFM)特性分析 36
4.2.3 電壓-介電常數特性分析 37
4.2.4 漏電流特性分析 37
4.2.5 P-E曲線特性分析 38
4.3 沉積時間之影響 38
4.3.1 XRD分析 38
4.3.2 原子力顯微鏡(AFM)特性分析 39
4.3.3 電壓-介電常數特性分析 39
4.3.4 漏電流特性分析 40
4.4 Al/BZT/SiO2/Si(MFIS)結構 40
第五章 結論 43

參考文獻
[1] 李雅明，吳世全和陳宏名，“鐵電記憶元件”，電子月刊第二卷第九期，頁68-84.
[2] 李振岳，”以Pt(O)製作下電極對PZT鐵電薄膜特性之影響研究”，國立清華大學材料科學及工程學系碩士論文，(2001)。
[3] Y. L. Qin, C. L. Jia and K. Urban : Appl. Phys. Lett. 80 (2002) 2728-2730.
[4] H. F. Cheng : J. Appl. Phys. 79 (1996) 7965-7971.
[5] J. Gerblinger and H. Meixner : J. Appl. Phys. 67 (1990) 7453-7457.
[6] I. C. Ho and S. L. Fu : J. Mater. Sci. 25 (1990) 4699-4703.
[7] S. Kwak, K. Zhang, E. P. Boyd, A. Erbil and B. J. Wilke : J. Appl. Phys. 69 (1991) 767.
[8] P. C. Joshi and S. B. Krupanidhi : J. Appl. Phys. 73 (1993) 7627.
[9] M. Hu and S. Krupnidhi : Appl. Phys. Lett. 61 (1992) 1246.
[10] K. sceenivas, A. Mansingh : J. Appl. Phys. 62 (1987) 4475.
[11] C. B. Samantaray, A. Roy, M. Roy and M. Mukherjee : J. Phys. Chem. Solids 63 (2002) 65-69.
[12] S. Halder and S. B. Krupanidhi : Solid state communications 122 (2002) 429-432.
[13] Y. FuKuda, K. Aoki, K. Numata and A. Nishimura : Jpn. J. Appl. Phys. 33 (1994) 5255-5258.
[14] C. J. Peng, H. Hu and S. B. Krupanidhi : Appl. Phys. Lett. 63 (1993) 734.
[15] J. G. Cheng, X. J. Meng, B. Li, J. Tang, S. L. Guo and J. H. Chu : Appl. Phys. Lett. 75 (1999) 2132-2134.
[16] 汪建民，“陶瓷技術手冊”，中華民國產業科技發展協進會，中華民國冶金學會，(1999)頁533-540。
[17] 李雅明，”固態電子學”，全華科技圖書股份有限公司，(1997)頁168-172。
[18] K. Igrashi, K. Koumoto and H. Yanagida : J. Mater. Sci. 22(1987) 2828-2832。
[19] 汪建民，“陶瓷技術手冊”，中華民國產業科技發展協進會，中華民國冶金學會，(1999)頁413-414。
[20] 李雅明，”固態電子學”，全華科技圖書股份有限公司，(1997)頁161-167。
[21] A. J. Moulson and J. M. Herbert : published by Chapman and Hall (1990).
[22] 張天信，”氧電漿對於改善(Ta2O5)0.92-(TiO2)0.08高介電薄膜特性之研究”中山大學電機工程研究所碩士論文，(2001).
[23] W. Bolton : Engineering Materials Technology, 3rd Edition, 1998.
[24] 蔡承祺，”以射頻磁控濺鍍法製備(Ba,Sr)(Ti,Sn)O3晶片電容薄膜及其特性之探討”，成功大學材料科學及工程學系碩士論文，(1999)。
[25] M. Ohring, : The Materials Science of Thin Films, published by Academic Press, Inc, (1992)。
[26] 莊達人，”VLSI製造技術”，高立圖書股份有限公司，(1995)頁146-160。
[27] J. A. Thornton : J. Vac. Sci. Technol., v11, (1974) 666-698。
[28] 施敏著，張俊彥譯，”半導體元件之物理與技術”，儒林，(1990) 頁425。
[29] R. W. Berry, P. M. Hall and M. T. Harris : Thin Film Technology, (1980) 201。
[30] J. L. Vossen and W. Kern : Thin Film Process, Academic Press, (1991) 134。
[31] F. Shinoki and A. Itoh：J. Appl. Phys., 46 (1975) 3381。
[32] E. J. Bienk, H. Jensen and G. Sorensen : Mater. Sci. and Eng. A140 (1991) 696-701.
[33] B. Panda, A. Dhar and G. D. Nigam : J. Appl. Phys. 83 (1998) 1114 .
[34] S. Saha and S. B. Krupanidhi : Mater. Sci. Engineering B57 (1999) 135-146.
[35] M. C. Jun et al.：Appl. Phys. Lett, 66 (1995) 24.
[36] B.Grycz, Non-Equilibrium Process in Plasma Technology, ed., B. Gross, B. Grycz and K. Miklossy, American Elsevier Publishing Co., Inc., N.Y., (1969) 354-356.
[37] 莊達人，”VLSI製造技術”，高立圖書股份有限公司，(1995)頁545-571。
[38] S. O. Park, et al., Jpn J. Appl. Phys., 35 (1996) 1548-1522
[39] H. Sugiyama, T. Nakaiso, Y. Adachi, M. Noda, M. Okuyama, Jpn. J. Appl. Phys., 38 (2000) 2131-2135
[40] D. M. Fleetwood and S. Member, IEEE Transaction of Nuclear Science, 39 (1998) 59-65
[41] Y. Watanabe, Solid State Ionics, 180(1998)59-65.
[42] 鍾維烈, “鐵電體物理學”, 1998。
[43] M. Y. Yang, S. B. Chen, C. L. Sun, B. C. Lan, and S. Y. Chen, Electron Devices Meeting, (2001) 3631-3634.