學位論文
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Item 整合田口法與粒子群演算法應用於鐵酸鉍摻雜鈮MFIS電容器之最佳化(2011) 陳彥良; Yen-Liang Chen本研究主要是探討使用整合田口法的改良型粒子群演算法在鐵酸鉍摻雜鈮MFIS電容器最佳化上的應用。本論文可分為兩部分：(一)粒子群演算法整合田口方法(二)鐵酸鉍摻雜鈮MFIS電容器之最佳化。 粒子群演算法是近年來應用在諸多領域的最佳化技術。全域最佳型(gbest)和區域最佳型(lbest)是粒子群演算法的其中兩種變型，其分別擁有收斂性與探索性的優點。整合田口方法可結合兩者的優勢，使新衍生的變型兼具更好的最佳化效率和更好的精確度。此變型一開始先採全域最佳型快速收斂，接著再採用區域最佳型的探索能力，當最佳化效果不彰時，再使用田口法，自群體中萃取出具有潛力的元素，形成群體學習的對象，間接加強了群體的最佳化能力。實驗結果以t檢定驗證此改良型粒子群演算法的確結合了此兩種傳統方法的各自優點，在15個適應性函數的條件下展現擁有更好的表現。 我們將此整合田口法的粒子群演算法變型應用在鋁/鐵酸鉍摻雜鈮/二氧化鉿/p型矽MFIS結構之電容器的最佳化上，以期得到最佳的製程配方。鐵電材料因其特殊的鈣鈦礦結構，很適合當作記憶體單元的材料。其中鐵酸鉍因具有高居禮溫度、高尼爾溫度、低結晶溫度和很大的殘留極化值的優點，所以成為一種很具前景的記憶體材料。唯其漏電流太大的缺點仍待改善。藉由摻雜鈮可解決此問題，最終的目標是產生具有最大記憶視窗寬度和最小漏電流密度的電容結構。考量最大記憶視窗寬度與最小漏電流密度的情況，可得最佳化後的配方:鈮摻雜直流濺鍍瓦數15.5watt、氧化層厚度69.2nm、氬氧比17.3、快速熱退火850°C。Item 利用田口法最佳化鐵酸鉍摻雜鈮之MFIS電容器(2014) 關口育正本研究主要是在探討MFIS(金屬/鐵電/絕緣體/半導體)結構之電容器。鐵電材料為鈣鈦礦結構所產生的極化特性及極化殘留特性，而適合當作記憶體材料。近幾年來鐵酸鉍為引起關注的鐵電材料，它具有高居禮溫度(約850-860 ℃)及高尼爾溫度(約370-397 ℃)、高的極化效應的優點，但鐵酸鉍缺點為具有很大的漏電流，為了降低漏電流，利用鐵酸鉍薄膜摻雜鈮的方式來解決。 本研究的目標為利用田口法尋找在製造MFIS電容器(鋁/鐵酸鉍摻雜鈮/氧化鉿/p型矽基板)中之最佳製程參數組合。探討製程參數對於漏電流及記憶窗寬之影響。以訊雜比公式，計算電特性量測(I-V與C-V曲線)所得到的數據。此分析結果在漏電流與記憶窗寬都得到一樣的趨勢。我們得到的最佳參數組合退火溫度為700 ℃、摻雜鈮的直流濺鍍瓦數為5 W、氬氧比為15。物理特性量(XRD)分析結果，退火溫度在700 ℃時，可看鈮離子有取代鐵離子，此表示摻雜鈮會減少氧空缺。雖然摻雜鈮的濃度越多越能取代鐵離子，但鈮離子過多也會導致漏電流的增加與記憶窗寬的縮小。Item 鐵酸鉍薄膜摻雜鈮之金屬/鐵電層/絕緣層/矽記憶體電容結構的特性研究(2011) 賴景承此實驗為金屬層-鐵電層-絕緣層-矽基底(MFIS)之電容器結構的研究，在鐵電層以鐵酸鉍(BiFeO3)摻雜鈮(Nb)來提高鐵電記憶體結構的性能並減少漏流產生，用(HfO2)作為絕緣層來抑制鐵電層與矽基底兩層之間的相互擴散、反應。 在此研究中，控制鈮的摻雜濃度，氬氧氣比例，RTA溫度，HfO2厚度，製備出鐵電電容器，再應用原子力顯微鏡(AFM)與X光繞射儀(XRD)來分析薄膜的表面形貌與晶相，另外應用C-V與I-V儀器來分析MFIS電容器結構的電器特性。從AFM與XRD圖片分析出得知，當退火溫度越高時薄膜的結晶訊號越明顯，當Nb和O2摻入BFO薄膜中經由C-V與I-V儀器的量測，發現Nb原子取代Fe位置和薄膜的氧空缺減少情形，使得鐵電記憶體的性能有顯著的改善。另外非晶態HfO2絕緣層的厚度增加其記憶視窗寬也增加但因為電荷注入現象產生使得記憶視窗寬隨之減少。但絕緣層的厚度太厚造成更大的壓降在絕緣層上使得記憶視窗寬減少。實驗結果顯示當掃描電壓為±8 V，最大的記憶視窗寬可達2.98 V，其製程參數是DC Power:Nb(15 W)，氬氧氣比例為10，絕緣層厚度為40 nm，退火溫度600 ℃。而此MFIS電容器結構之製程參數，擁有良好的鐵電記憶特性，因此可應用在非揮發性鐵電記憶體上。 關鍵字: BiFeO3，鐵電層，HfO2，金屬層-鐵電層-絕緣層-矽基底。