CN101655526B - 一种快速电压扫描测量铁电薄膜微分电容的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固态电介质性能测试技术领域，具体为一种快速电压扫描测量铁电薄膜微分电容的方法。本发明方法充分考虑到薄膜内不同微观铁电畴在外加电压作用下对宏观电容值的贡献，采用在预置脉冲后留有足够大小的弛豫时间，使注入电荷对微观电畴的钉扎效应降到最低。通过随后的任意幅度的脉冲电压快速扫描，对电容进行充电，并通过微小量的充电电压变化，使铁电薄膜电容产生相应的放电电流。通过与样品相连的示波器求出放电电荷，从而求出对应的微分电容。本发明解决了商用电桥无法快速电压扫描的问题，为测量铁电薄膜电容高频响应和研究微观缺陷运动对介电响应方面的贡献提供了有效的手段。
Description
技术领域
本发明属于固态电介质性能测试技术领域，具体涉及铁电薄膜的微分电容测试方法。
背景技术
电介质的特征是以正、负电荷重心不重合的电极极化方式传递、存贮或记录电的作用和影响，因此介电常数是表征电介质最基本的参量。铁电体是一类特殊的电介质材料，其介电常数大、非线性效应强，有显著的温度依赖性和频率依赖性。铁电体中电容在直流电压作用下会随时间不断下降，在电压扫描时间大于1秒的情况下得到的电容电压曲线是蝴蝶形状的。当电压扫描时间在纳秒量级的情况下时，铁电体的电容电压曲线会出现类似反铁电体的双蝴蝶形状，证明了翻转电畴对介电常数的贡献。采用商用电桥测量铁电电容，由于电压波形都为正弦或三角波形，且电压扫描时间都在1秒以上，对铁电薄膜电容在快速电压扫描下的介电性能无法进行测量，对铁电薄膜电容介电性能微观物理机制无法进行研究。
发明内容
本发明的目的在于提出一种能快速电压扫描测量铁电薄膜微分电容的方法，以便于对铁电薄膜电容介电性能微观物理机制进行研究。
本发明方法的具体步骤如下：
(1)利用脉冲发生器首先产生一预置电压，即方波脉冲，电压幅度及正负根据所测样品及设计的测量电压的正负进行设置，而后通过设置一弛豫时间tr使注入电荷对电容测量的影响降至最低；
(2)下一段脉冲以相同幅度、相同方向的电压为扫描起始电压开始对样品进行C-V曲线测量，而后将另一个与扫描起始电压相反方向的测量扫描电压V施加在样品上；
(3)为了得到在测量扫描电压V下铁电薄膜的电容，对外加测量扫描电压V进行微小的变化，变化量记为ΔV，从而在与样品连接的示波器上产生相应的放电电流，通过对在改变微小电压ΔV后铁电薄膜电容放电电流积分计算得出微分电容值：
ΔQ＝|∫Idt|
C＝ΔQ/ΔV(ΔV→0)
然后进行下一次扫描，以上面所描述脉冲波形再次加在所测样品上，对测量扫描电压V进行同样的微小变化(变化量为ΔV)，并用同样的方法，测量和计算铁电薄膜在不同电压下的微分电容，扫描时间精确的等于V施加在样品上的时间tW，得到不同电压扫描时间的C-V曲线。由于预置电压后的弛豫时间远大于测量扫描电压时间，使铁电薄膜内耐受时间积累效应减轻，可通过此测量方法对铁电电容的介电性能的微观物理过程进行研究。
上述方法中，步骤(1)中预置电压幅度及正负是根据所测样品及设计的测量电压的正负进行设置的，即预置脉冲的电压方向是与测量扫描电压相反的，大小是任意的(依据所测量样品设置)，而后通过弛豫时间tr使注入电荷对电容测量的影响降至最低。
上述方法中，步骤(2)中两个扫描电压脉冲与预置电压脉冲间的弛豫时间要远大于测量扫描电压时间，(即脉冲电压V的长度)。
上述方法中，步骤(2)中测量扫描电压V的幅度是根据测量样品实际情况设置的。例如，为-3V到+3V。
上述方法中，步骤(3)中施加测量扫描电压V后的外加电压微小变化ΔV是小于V的任意正值，但在理论上其大小越小越好，一般可取ΔV＜0.5V。
本发明方法充分考虑到薄膜内不同微观铁电畴在外加电压作用下对宏观电容值的贡献，采用在预置脉冲后留有足够大小的弛豫时间，使注入电荷对微观电畴的钉扎效应降到最低。通过随后的任意幅度的脉冲电压快速扫描，对电容进行充电，并通过微小量的充电电压变化，使铁电薄膜电容产生相应的放电电流。通过与样品相连的示波器求出放电电荷，从而求出对应的微分电容。本发明方法速度快，有利于对铁电薄膜电容介电性能微观物理机制研究。
附图说明
图1为商用电桥测量C-V曲线采用的三角脉冲波形。
图2为本发明测试方法采用的脉冲波形。
图3为380K下电压扫描范围-3V到+3V不同扫描时间下铁电薄膜电容C-V曲线。
具体实施方式
测试所需的脉冲信号都是用Agilent 81150A任意波形信号发生器信编辑，电容放电电流由LCWR 6200A示波器记录，系统内阻50欧姆。
一、测量不同电压扫描时间铁电薄膜电容的C-V曲线。
在脉冲发生器中设置所需测试脉冲波形，设置预置电压Vpret，预留弛豫时间tr和扫描起始电压Vmin，要求Vpret与Vmin大小与方向一致，并且tr时间要远大于预置电压扫描时间tw，设置测量扫描电压V的变化范围和微小电压变化ΔV。而后通过与样品相连示波器对放电电流进行积分，根据公式：
ΔQ＝|∫Idt|
C＝ΔQ/ΔV(ΔV→0)
得到不同电压扫描时间的C-V曲线。
下面结合具体例子说明，铁电薄膜电容样品为Pt/IrO2/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT)/IrO2/Pt/Si，铁电薄膜厚度为140nm。在380K下，样品测量扫描电压从-3V到+3V，预置电压Vpret和扫描起始电压Vmin都设置为-3V，微小电压变化ΔV设置为0.2V，预置时间tr为1秒。电压扫描时间分别设置为1s、4.6s、21.5s、215s、1ms、4.6ms、21.5ms、100ms。附图3给出380K下电压扫描范围-3V到+3V不同扫描时间下铁电薄膜C-V曲线。当电压扫描时间在纳秒量级的情况下时，铁电体的电容电压曲线会出现类似反铁电体的双蝴蝶形状，证明了翻转电畴对介电常数的贡献。
Claims (1)
1.一种快速电压扫描测量铁电薄膜微分电容的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)利用脉冲发生器首先产生一预置电压，即方波脉冲，电压幅度及正负根据所测样品及设计的测量电压的正负进行设置，而后通过设置一弛豫时间tr使注入电荷对电容测量的影响降至最低；
(2)下一段脉冲以与预置电压相同幅度、相同方向的电压为扫描起始电压开始对样品进行C-V曲线测量，而后将另一个与扫描起始电压相反方向的测量扫描电压V施加在样品上；
(3)为了得到在测量扫描电压V下铁电薄膜的电容，对外加测量扫描电压V进行微小的变化，变化量记为ΔV，从而在与样品连接的示波器上产生相应的放电电流，通过对在改变微小电压ΔV后铁电薄膜电容放电电流积分计算得到微分电容值：
ΔQ＝|∫Idt|
C＝ΔQ/ΔV(ΔV→0)
然后进行下一次扫描，以上面所描述脉冲波形再次加在所测样品上，对测量扫描电压V进行同样的微小变化，并用同样的方法，测量和计算铁电薄膜在不同电压下的微分电容，扫描时间精确的等于V施加在样品上的时间tW，得到不同电压扫描时间的C-V曲线。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6008659A (en) * | 1996-03-15 | 1999-12-28 | Ramtron International Corporation | Method of measuring retention performance and imprint degradation of ferroelectric films |
| US6466039B1 (en) * | 1999-06-24 | 2002-10-15 | Sony Corporation | Ferroelectric film property measuring device, measuring method therefor and measuring method for semiconductor memory units |
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| US6008659A (en) * | 1996-03-15 | 1999-12-28 | Ramtron International Corporation | Method of measuring retention performance and imprint degradation of ferroelectric films |
| US6466039B1 (en) * | 1999-06-24 | 2002-10-15 | Sony Corporation | Ferroelectric film property measuring device, measuring method therefor and measuring method for semiconductor memory units |
| CN2747587Y (zh) * | 2004-07-26 | 2005-12-21 | 深圳华中科技大学研究院 | 铁电材料参数测试仪 |
| CN1888923A (zh) * | 2006-07-17 | 2007-01-03 | 大连理工大学 | 铁电薄膜电滞回线的测量补偿方法 |
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