铁电存储器是一种以铁电材料作为数据载体的非易失性存储器,因其良好的存储性能,在医疗、航空航天等领域一直备受关注。然而,现有钙钛矿型铁电薄膜材料可微缩性差、与CMOS工艺不兼容,使得铁电存储器的集成工艺复杂、存储容量小,限制了铁电存储器的大规模应用。萤石型氧化铪基铁电薄膜是一种与CMOS工艺高度兼容的新型铁电材料,能被制造成速度快、功耗低的非易失性铁电存储器,并且以较高的介电常数、较宽的带隙等优点在铁电随机存储器、铁电场效应晶体管中拥有极其良好的应用前景。近年来的研究表明,对HfO₂纳米薄膜掺杂适量的元素(Al、Y、La等)能观察到显著的铁电性。HfO₂基薄膜作为一种新型环保的铁电材料,研究其优异的铁电性能对于存储器的进一步发展将会起到很大的推动作用。因此,本文从优化薄膜制备过程和探讨掺杂元素对氧化铪基铁电薄膜性能的影响进行研究。主要包括以下几个方面:(1)对薄膜的制备工艺进行优化,总结影响实验的相关因素。在前驱体配制过程中,应保持室内温度在30℃左右,湿度在20%~30%之间。在退火过程中采取先缓慢升温防止薄膜开裂,逐步去除杂质,再快速退火稳定晶相,制备出均匀致密的HfO₂基铁电薄膜。(2)采用溶胶凝胶法制备了Pt/Y:HfO₂铁电薄膜/SiO₂/Si铁电电容,对不同Y掺入HfO₂的浓度、退火条件和厚度等关键工艺条件下Y:HfO₂铁电薄膜的电学性能及微观表征进行了详细地分析。结果表明,在掺杂浓度为5 mol%,退火温度为850℃,薄膜厚度为一层的样品具有比较好的性能(2P_r=66.81μC/cm²,@11 V;漏电流密度为1×10^-8A/cm²,@10 V;介电翻转电容为526 p F),晶体结构呈铁电正交相。(3)采用溶胶凝胶法制备了Pt/La:HfO₂铁电薄膜/SiO₂/Si铁电电容,对不同La掺入HfO₂的浓度、退火条件等关键工艺条件下La:HfO₂铁电薄膜的电学性能及微观表征进行了详细地分析。结果表明,所有样品均呈铁电正交相,说明镧作为掺杂剂具有更宽广的掺杂范围。我们得到在掺杂浓度为6 mol%,退火温度为850℃的样品中具有更好的铁电性能(2P_r=49.82μC/cm²,@19 V),漏电流密度为1×10^-7A/cm²,@10V。介电翻转电容为374 pF。