钛酸钡-钛酸锶高压陶瓷

BST=(Ba,Sr)TiO3，Ti为 4价电子态，因为Ba和Sr在其中均为 2价电子态，所以Ba、Sr可以保持合一性的配比，即BaxSr1-xTiO3（0

BST属于铁电体，具有铁电性，不同配方的BST具有不同的居里温度Tcurie和奈耳温度Tn,对其参杂比较广泛，不同的参杂配方可以对BST的铁电和介电性能有显著的改善。现有配方已可以研制出居里温度低于室温的块材和薄膜，在研究的初期受到关注的可替代 SiO2 的高介电系数的介电材料是Ta2O5，BST比Ta2O5具有更高的常温下介电常数值。BST是BaTiO3和SrTiO3的固溶体。BaTiO3和SrTiO3是钙钛矿结构的高介电系数的铁电材料。块材料的BaTiO3 和SrTiO3 已经深入的研究过了，它们的介电系数可以达到1,000 的数量级。“关于将 BST 薄膜集成到半导体工艺中的研究工作最早来自日本的半导体公司。早在1995 年的国际电子器件会议（International Electron Devices Meeting）上，Mitsubishi 公司就展示了含Ru/BST/Ru 结构的DRAM 器件。NEC 也研究了RuO2/BST/TiN/Al 的器件设计。美国在这方面的研究也不甘示弱，由Defense Advanced Research Projects Agency 出面于1993 年组织了一个关于BST 研究的大联合体。这个联合体包括美国的三大内存制造商（Micron，IBM，德州仪器公司），Advanced Technology Materials,Inc. （CVD 工艺的开发商），Varian（CVD 设备供应商），North Carolina State University 和德国的University ofNorth-Rhine-Westphalia, Aachen（亚琛工业大学）。该联合体的组建，迅速推动了BST 的集成铁电学的研究。”

“传统的硅工业一直按照摩尔定律的预测在向高集成度发展。动态随机存储器的存储密度也需要不断的提高，也就是要求信息存储在更小的面积内。然而，用来表达信息的电荷量却要保持在一定的水平，以保证信息能被探测和区别出来。简单的来说，这个要求就是：在电容器的面积减少的情况下，保持其电容的值。因为电容和电容器两个电极之间的距离成反比，如果在面积减小的时候，相应的减小电介质的厚度，可以不使电容下降。传统的方法就是不断的减小二氧化硅非晶层的厚度来满足动态随机存储器向高集成度发展的要求的。然而，当电介质的厚度小到一定程度后，电子的隧道穿透效应将会使该器件无法工作。这个厚度就是它的极限厚度。约80 年代末期，人们开始普遍的关注到这个极限的到来，并开始寻找解决的途径[Kingon,1996]。为了继续提高存储器件的存储密度，研究者们提出了两种可能的途径，如图 1所示。第一种途径是改变原来的电极结构，由二维的平面结构变为立体的三维结构。使用立体的电极结构，可以在有限的面积内有效增加电极的表面积，也就是说增加了比表面积。这样，在器件的集成度提高后，存储器件单元可以使用的面积虽然减小了，但是由于比表面积达增加，电容的表面积可以维持一定的水平，从而可以维持一定的电容值。第二种途径是用高介电系数的电介质替换低介电系数的二氧化硅，也就是通过提高电介质的介电系数来满足集成度提高的要求。第一种途径的优点是可以不用改变介电层而使用传统的简单的SiO2，这样在工艺上是成熟的。但是其缺点也是非常突出的，这就是结构的复杂性带来的器件制造成本的上升。非常复杂的立体结构在目前的工艺水平基础上甚至是不可能的。正是在这样的背景下，人们主要开展了对第二种途径的研究，即寻找一种高介电系数的电介质材料来试图代替传统的低介电系数的非晶SiO2 介电层，为继续提高存储器件的密度做准备。”

“”部分为论文内容，高介电钛酸锶钡薄膜的电子显微研究，Transmission Electron Microscopy Study on High-Permittivity Barium Strontium Titanate Thin Films 研 究 生 ：金红政