專利名稱：：鐵電元件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種非發(fā)散性FRAM。例如應(yīng)用熱電效應(yīng)的紅外線傳感器、廣泛用作通訊設(shè)備零件的存儲(chǔ)元件和鐵電元件、存儲(chǔ)單元，本發(fā)明還涉及其制備方法。ROM(只讀存儲(chǔ)器)表示半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，即使關(guān)掉電源該ROM也能應(yīng)用非發(fā)散性存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，但該ROM涉及一個(gè)問題，那就是重寫數(shù)據(jù)的次數(shù)受到限制，其速度低。更有名的是RAM(隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器)，其特征為高速重寫數(shù)據(jù)。特別是，應(yīng)用鐵電材料的FRAM表現(xiàn)了良好的非發(fā)散性，由于應(yīng)用了兩種不同極性的殘余極化該FRAM的數(shù)據(jù)重寫次數(shù)也高達(dá)1010-1012次。另外，其重寫速度之高也要用μs甚至更小的數(shù)量級(jí)來表示，作為下一代理想存儲(chǔ)器FRAM引起了人們的注意。人們已經(jīng)努力去開發(fā)大容量、非發(fā)散和高速運(yùn)行的FRAM。但是，薄膜磨損問題嚴(yán)重，這是由于隨著重寫次數(shù)的增加鐵電材料的自然極化作用(Pr)下降。已知通過如下兩種方法可以提高FRAM的容量、改善FRAM的耐久性(1)使用具有強(qiáng)自然極化作用(Pr)的鐵電材料，(2)使用抗磨鐵電材料。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的氧化物已被廣泛用作如上材料。其中，已知具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的單晶格PZT(Pb(Zr1-xTix)O3)表現(xiàn)出很大的Pr性，且該P(yáng)ZT晶體非各向異性。用作非發(fā)散性存儲(chǔ)器的該種材料二極管已經(jīng)在國際電器設(shè)備會(huì)議技術(shù)匯編1989，P，255中公開(IEEEIEDETECH.Dig.255-256，1989)。我們還知道鉍薄膜鐵電材料SrBi2Ta2O9的晶體結(jié)構(gòu)中，大量的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)單晶格相互重疊。該種材料中，只有在和C-軸垂直的方向上Pr表現(xiàn)出晶體各向異性。盡管該P(yáng)r值不是很大，但該材料表現(xiàn)出良好的耐磨性。應(yīng)用此種材料的實(shí)施例已在專利WO93/12542和PCT/US92/10627中公開。根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)，提供這樣一種鐵電材料已經(jīng)成為可能，即該鐵電材料具有較高的、并與集成度的進(jìn)一步增加無關(guān)的自然極化作用(Pr)，具有低矯頑電場(chǎng)和突出的抗磨能力。在應(yīng)用具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)單晶格PZT(Pb(Zr1-xTix)O3)的存儲(chǔ)器中，已經(jīng)進(jìn)行了通過提高集成度來降低操作電壓的償試。該存儲(chǔ)器的操作電壓的變化與鐵電薄膜的厚度和矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度成比例。為了降低操作電壓，已經(jīng)研究生產(chǎn)過程控制來降低鐵電薄膜的厚度。使之不大于100nm。根據(jù)上述的降低薄膜厚度的現(xiàn)有技術(shù)，由于鐵電薄膜和金屬電極界面之間的元素?cái)U(kuò)散反應(yīng)，形成一過濾層。這就帶來了諸如自然極化作用降低和薄膜磨損導(dǎo)致矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度上升的問題。該問題是由于氧化物鐵電材料(PZT)和金屬電極(Pt)十分接近以致于使PZT中的氧通過界面擴(kuò)散進(jìn)入Pt電極。因此，由于逆向電場(chǎng)的存在數(shù)據(jù)重寫次數(shù)受到了很大限制。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在鉍薄膜鐵電材料中，其晶體結(jié)構(gòu)中大量的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)單晶格相互重疊，沒有氧通過該薄膜和金屬電極之間的界面，過渡層的形成受到抑制，該薄膜表現(xiàn)出優(yōu)秀的抗磨損能力。但其自然極化作用小，當(dāng)電場(chǎng)和C-軸平行時(shí)，極化作用只在與C-軸垂直的方向上表現(xiàn)出極強(qiáng)的晶體各向異性。這是因?yàn)樵阢G薄膜鐵電材料晶體結(jié)構(gòu)中，鉭(Ta)原子沿C-軸方向上的極化方向彼此相反，由于鉍-氧雙層屏蔽膜該鉭原子引起自然極化。而且在鉍薄膜鐵電材料中，晶粒優(yōu)先在與C-軸垂直的方向上長大。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在上電極、鐵電材料和下電極組成的結(jié)構(gòu)中，非晶體鉍薄膜鐵電材料形成在非晶體下電極上，然后對(duì)其進(jìn)行快速熱處理來生長自由晶向的晶粒(方向度不大于60％)其中，只有那些具有與所加電場(chǎng)方向垂直的C-軸的鉍薄膜鐵電材料晶粒用來產(chǎn)生極化作用。因此，實(shí)際有效晶粒只有50％，這是不充足的。而且根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，電極由諸如鉑、鋁、金或鎳等阻礙光線透射的金屬構(gòu)成，其不適合作為光學(xué)感應(yīng)系統(tǒng)零件。為了解決以上提及的問題。本發(fā)明已經(jīng)完成，其能提供一種沒有兩層抑制自然極化作用的屏蔽層的、鈣鈦晶體結(jié)構(gòu)的鐵電薄膜，提供一具有夾在上下或左右電極間的鐵電薄膜的鐵電元件，提供一鐵電存儲(chǔ)單元，提供一種制備該鐵電元件的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電薄膜，該薄膜包括兩層屏蔽層，并且通過替換不同離子半徑的元素而適當(dāng)?shù)卦斐删Ц窕?，使該薄膜表現(xiàn)出極強(qiáng)的自然極化作用和微弱的矯頑電場(chǎng)，本發(fā)明提供一種具有夾在上下或左右電極之間的鐵電薄膜的鐵電元件，本發(fā)明還提供該鐵電元件的制備方法。本發(fā)明還提供一種具有優(yōu)異抗磨損能力的鐵電元件的制備方法，該鐵電元件通過應(yīng)用導(dǎo)電氧化物作電極來抑制過渡層的形成，該氧化物電極和鐵電薄膜相接觸，也就是本發(fā)明提供該鐵電元件的制備方法。圖1是說明本發(fā)明鐵電薄膜的晶體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2是說明本發(fā)明鐵電薄膜的晶體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3是說明本發(fā)明鐵電元件的示意圖。圖4是說明本發(fā)明鐵電薄膜晶向的示意圖。圖5是說明本發(fā)明鐵電薄膜晶向的示意圖。圖6是說明本發(fā)明鐵電元件的截面圖。圖7是說明本發(fā)明的下電極內(nèi)部結(jié)構(gòu)的截面圖。圖8是說明本發(fā)明的上電極內(nèi)部結(jié)構(gòu)的截面圖。圖9是說明本發(fā)明的一個(gè)鐵電存儲(chǔ)器的截面圖。圖10是說明本發(fā)明的鐵電存儲(chǔ)器的截面圖。圖11是說明本發(fā)明的鐵電存儲(chǔ)器的截面圖。為了達(dá)到以上提及的目的，第一種鐵電元件由一個(gè)上電極、鐵電薄膜和一個(gè)下電極構(gòu)成，其中該鐵電薄膜有一由大量鈣鈦礦結(jié)構(gòu)單晶格相互重疊而組成的晶體結(jié)構(gòu)薄膜，其還有一具有長周期結(jié)構(gòu)的屏蔽層。而且，具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)薄膜和屏蔽層的鐵電薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)式表示如下(AO)2+(By-1CyO3y+1)2-(化學(xué)式1)A＝Tl、Hg、Ce、Y、Pr、Nd、Pm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、La、Sm，B＝Bi、Pb、Ca、Sr、Ba中的至少一種或多種C＝Ti、Nb、Ta、W、Mo、Fe、Co、Cr、Zr中的至少一種或多種Y＝2、3、4、5另外，具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)薄膜和屏蔽層的鐵電薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)式表示如下(PbO)2+(By-1CyO3y+1)2-(化學(xué)式2)B＝Ca、Sr、Ba中的至少一種或多種C＝Ti、Nb、Ta、W、Mo、Fe、Co、Cr、Zr中的至少一種或多種Y＝2、3、4、5在本發(fā)明中，該鐵電薄膜為(100)取向，(010)取向，(110)取向或(001)取向排列，或C-軸相對(duì)下電極傾斜45°，以來獲得強(qiáng)自然極化作用。在本發(fā)明中，作為鐵電元件，相對(duì)于下電極為(100)取向或(010)取向的鐵電薄膜的比率不低于70％，以便獲得顯著的自然極化作用。而且在本發(fā)明中，作為鐵電元件，相對(duì)于下電極為(110)取向的鐵電薄膜的比率不低于80％，以便獲得顯著的自然極化作用。在本發(fā)明中，作為鐵電元件，相對(duì)于下電極為(001)取向的鐵電薄膜的比率不低于70％，以便獲得顯著的自然極化作用。在本發(fā)明中，作為鐵電元件，其C-軸相對(duì)于下電極傾斜45°的鐵電薄膜的比率不低于90％，以便獲得顯著的自然極化作用。第二種鐵電元件由一個(gè)上電極、鐵電薄膜和一個(gè)下電極構(gòu)成，其中該鐵電薄膜是有一鈣鈦礦結(jié)構(gòu)薄層，還具有兩層長周期結(jié)構(gòu)的屏蔽層。而且，在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜中，兩層屏蔽層上Bi-O層中的Bi的位置必須被其它具有不同離子半徑的元件(如Tl、Hg、Sb、As)取代，其化學(xué)式表示如下(Bi2-xAxO2)2+(By-1CyO3y+1)2-(化學(xué)式3)A＝Tl，Hg，Sb，AsB＝Bi，Pb，Ca，Sr，Ba，Y和稀土元素中的至少一種或多種C＝Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr，Zr中的至少一種或多種O＜X＜2Y＝1，2，3，4，5。而且，在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜中，形成屏蔽層的Bi-O層中Bi的位置必須被具有不同離子半徑的元素Pb取代，其化學(xué)式表示如下(Bi2-xPbxO2)2+(By-1CyO3y+1)2-(化學(xué)式4)B＝Bi，Pb，Ca，Sr，Ba，Y，和稀土元素中的至少一種或多種C＝Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr，Zr中的至少一種或多種，或者Ti，Nb，Ta，W，Mo，Co，Cr中的至少兩種或多種，O＜X＜2Y＝1，2，3，4，5。在本發(fā)明中，該鐵電薄膜為(100)取向、(010)取向或(110)取向排列，或C-軸相對(duì)于下電極傾斜45°以便獲得強(qiáng)自然極化作用，認(rèn)為由于兩層屏蔽層，該鐵電薄膜的極化軸線相對(duì)于C-軸傾斜±5度。在本發(fā)明中，作為鐵電元件，相對(duì)于下電極為(100)取向或(010)取向的鐵電薄膜的比率不低于70％，以便獲得顯著的自然極化作用。在本發(fā)明中，作為鐵電元件，相對(duì)于下電極為(110)取向的鐵電薄膜的比率不低于80％，以便獲得顯著的自然極化作用。在本發(fā)明中，作為鐵電元件，其C-軸相對(duì)于下電極傾斜45°的鐵電薄膜的比率不低于90％，以便獲得顯著的自然極化作用。本發(fā)明的第三種鐵電元件為平面結(jié)構(gòu)，在鐵電薄膜的兩側(cè)都有電極。另外，為了使矯頑電壓低至3伏或更小，該鐵電薄膜的寬度不大于0.3μm。由于該鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)表達(dá)式和本發(fā)明的第一種鐵電元件相同，其矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度的數(shù)量級(jí)為100kv/cm。在本發(fā)明中，該鐵電薄膜為(100)取向，(010)取向，(001)取向或(110)取向排列，或其C-軸相對(duì)于下電極傾斜45°，以便獲得強(qiáng)自然極化作用。在本發(fā)明中，作為鐵電元件，相對(duì)于下電極為(100)取向或(010)取向的鐵電薄膜的比率不低于70％，以便獲得顯著的自然極化作用。在本發(fā)明中，作為鐵電元件，相對(duì)于下電極為(110)取向的鐵電薄膜的比率不低于80％，以便獲得顯著的自然極化作用。在本發(fā)明中，作為鐵電元件，其相對(duì)于下電極為(001)取向的鐵電薄膜的比率不低于70％，以便獲得顯著的自然極化作用。而且在本發(fā)明中，作為鐵電元件，其C-軸相對(duì)下電極傾斜45°的鐵電薄膜的比率不低于90％，以便獲得顯著的自然極化作用。本發(fā)明的第四種鐵電元件為平面結(jié)構(gòu)，在鐵電薄膜的兩側(cè)都有電極。另外，為了使矯頑電壓降至3伏或更少，該鐵電薄膜的寬度不大于0.3μm，由于該鐵電薄膜為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，其中兩層屏蔽層的化學(xué)結(jié)構(gòu)式和本發(fā)明中第二種鐵電元件相同，其矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)量級(jí)為100kv/cm。在本發(fā)明中，第二種鐵電薄膜為(100)取向，(010)取向，(001)取向或(110)取向排列?；蛘咂銫-軸相對(duì)于下電極傾斜45°，以便獲得強(qiáng)自然極化作用。在本發(fā)明中，作為鐵電元件，相對(duì)于下電極為(100)取向或(010)取向的鐵電薄膜的比率不低于70％，以便獲得顯著的自然極化作用。在本發(fā)明中，作為鐵電元件，相對(duì)于下電極為(110)取向的鐵電薄膜的比率不低于80％，以便獲得顯著的自然極化作用。在本發(fā)明中，作為鐵電元件，相對(duì)于下電極為(001)取向的鐵電薄膜的比率不低于70％，以便獲得顯著的自然極化作用。在本發(fā)明中，作為鐵電元件，其C-軸相對(duì)于下電極傾斜45°的鐵電薄膜的比率不低于90％，以便獲得顯著的自然極化作用。在本發(fā)明中，下電極由于底層基片上依次排列的金屬，單元素導(dǎo)電氧化物和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物組成，該導(dǎo)電氧化物取向于一特殊平面以改善形成在下電極上的鐵電薄膜的取向，認(rèn)為氧化物能有效地作為與鐵電薄膜相接觸的電極材料以抑制氧從鐵電薄膜擴(kuò)散進(jìn)入電極。為了抑制氧從鐵電薄膜擴(kuò)散進(jìn)入電極，本發(fā)明的上電極由在與鐵電薄膜相接觸的層上依次排列的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物、金屬或鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物、單元素導(dǎo)電氧化物和金屬組成。為了抑制氧從鐵電薄膜擴(kuò)散進(jìn)入電極，本發(fā)明平面結(jié)構(gòu)鐵電元件在鐵電薄膜兩側(cè)都有電極，其中與鐵電薄膜相接觸的電極必須由單元素導(dǎo)電氧化物或鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物構(gòu)成。用作本發(fā)明電極的金屬至少是選自下列元素中的一種Pt，Au，Al，Ni，Cr，Ti，Mo和W。為了實(shí)現(xiàn)電極材料的功能，電阻率小于1mΩ·cm的單元素導(dǎo)電氧化物或鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物用作電極。單元素導(dǎo)電氧化物的單元素為下列元素中的一種Ti，V，Eu，Cr，Mo，W，Ph，Os，Ir，Rt，Re，Ru和Sn。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物為下列化合物中的一種ReO3，SrReO3，BaReO3，LaTiO3，SrVO3，CaCrO3，SrCrO3，SrFeO3，La1-xSrxCoO3(O＜X＜0.5)，LaNiO3，CaRuO3，SrRuO3，SrTiO3和BaPbO3。在本發(fā)明的第五種鐵電元件中，當(dāng)電極位于鐵電薄膜上方和下方時(shí)，上電極為透明的導(dǎo)電氧化物，當(dāng)電極位于鐵電薄膜的兩側(cè)時(shí)，電極中至少有一個(gè)為透明導(dǎo)電氧化物。這樣是為了獲得光學(xué)感應(yīng)元件。該透明導(dǎo)電氧化物的電阻率小于1mΩ·cm，可見光區(qū)域內(nèi)的透射系數(shù)不低于80％，且為選自下列化合物中的一種In2O3，Sn2，ZnO，ITO(In-Sn-O)，ATO(摻雜Sb的Sn)，F(xiàn)TO(摻雜F的Sn)和CTO(Cd-Sn-O)。也就是說本發(fā)明鐵電薄膜的制備方法如下進(jìn)行在形成溫度不高于650℃(這樣有利于抑制薄膜和電極的反應(yīng))下于氧氣和惰性氣體的混合氣氛中進(jìn)行濺射。在溫度不高于650℃、氧氣或激勵(lì)氧氣氣氛下，使用激光蒸鍍法或MOCVD法代替濺射法制備鐵電薄膜也是可行的。另外，本發(fā)明鐵電薄膜的制備方法也可如下進(jìn)行在形成溫度不高于650℃(這樣有利于抑制薄膜和電極的反應(yīng))和正常壓力下，用烷氧基金屬或有機(jī)酸鹽作原料進(jìn)行旋涂或浸涂。本發(fā)明單元素或鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物的制備方法如下進(jìn)行在形成溫度不高于650℃、氧氣和惰性氣體的混合氣體氣氛下進(jìn)行濺射。在形成溫度不高于650℃，氧氣或激勵(lì)氧氣氣氛下，用激光蒸鍍或MOCVD法代替濺射法制備單元素或鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物也是可行的。另外，本發(fā)明單元素或鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物的制備方法也可如下進(jìn)行在形成溫度不高于650℃、正常壓力下，用烷氧基金屬或有機(jī)酸鹽作原料進(jìn)行旋涂或浸涂。使用烷氧基金屬或有酸鹽作原料同時(shí)用紫外線進(jìn)行照射，通過旋涂或浸涂法制備鐵電薄膜，這是鑒于在紫外線照射下原料的分解反應(yīng)有效的降低了制備溫度。類似地，在紫外線照射下制備導(dǎo)電氧化物也是可行的。在本發(fā)明鐵電存儲(chǔ)單元中，將以上得到的上電極、鐵電薄膜和下電極的結(jié)構(gòu)，或電極位于鐵電薄膜兩側(cè)的平面結(jié)構(gòu)制成半導(dǎo)體MOS部件的電容器。在本發(fā)明鐵電存儲(chǔ)單元中，將上電極，鐵電薄膜和下電極的結(jié)構(gòu)形成在半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的控制極上。根據(jù)本發(fā)明，該鐵電薄膜用作熱電紅外線感應(yīng)器。本發(fā)明光學(xué)感應(yīng)系統(tǒng)包括作為電極的鐵電元件(使用上述制備的透明導(dǎo)電氧化物)、脈沖光學(xué)振蕩器和用來測(cè)量來自鐵電元件反射的部件。本發(fā)明非接觸式讀或?qū)懘鎯?chǔ)器包括以上制備的大量鐵電存儲(chǔ)單元組合。具體地說，本發(fā)明所用鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)式表示如下(AO)2+(By-1CyO3y+1)2-(化學(xué)式5)(其中Y＝2，3，4，5)。圖1說明了層狀鐵電薄膜的晶體結(jié)構(gòu)，其中Y＝3，本發(fā)明的6個(gè)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)單晶格相互疊加。A位置上為元素Bi，B位置上為元素Sr，C位置上為元素Ta，該材料就是已知的SrBi2Ta209(Y1)。圖2說明的晶體結(jié)構(gòu)與以上的材料相似。薄層結(jié)構(gòu)中四個(gè)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)單晶格相互重疊。在圖2中，Bi-O層為雙層結(jié)構(gòu)，并且該晶體結(jié)構(gòu)在Bi-O層中部發(fā)生位錯(cuò)。已經(jīng)知道當(dāng)施加電場(chǎng)時(shí)而發(fā)生的自然極化(Pr)的程度是依據(jù)元素和晶體結(jié)構(gòu)畸變而強(qiáng)烈變化的。材料Y1通過元素Ta的遷移而被極化，但因?yàn)榛兞啃?，自然極化作用不明顯，也就是說，組成晶格的元素Sr和Bi的離子半徑小至1.27和1.20，其值比元素Pb(離子半徑1.32)的離子半徑小，因而元素Pb構(gòu)成的PZT(Pb(Zr1-xTix)O3)晶格表現(xiàn)出大的自然極化作用(Pr)。而且當(dāng)所加電場(chǎng)和C-軸平行時(shí)，由于雙Bi-O層晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，兩個(gè)Ta原子的極化方向相反。因此，在和C-軸平行的方向上的Pr值為0μC/cm2。相反，當(dāng)所加電場(chǎng)方向和C-軸垂直時(shí)，由于沒有晶體對(duì)稱其Pr值大至16μC/cm2。這就表現(xiàn)了很強(qiáng)的晶體各向異性。根據(jù)本發(fā)明，A位置為Tl、Hg、Pb、Y或稀土元素，這是為了形成沒有各向異性的鐵電薄膜，并且其晶體為單屏蔽層結(jié)構(gòu)，以代替阻止自然極化作用的雙屏蔽層如Bi-O雙層膜。而且由于大量鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)單晶格相互疊加，形成自然極化作用比單晶格PZT更強(qiáng)的鐵電薄膜是可能的。為了賦予晶體大的畸變度，化合元素的離子半徑最好不相同。通過將下列元素化合可制備具有強(qiáng)自然極化作用及各向異性小的鐵電薄膜A位置的元素為Tl(1.06)，Hg(1.16)，Pb(1.32)，Y(1.06)或稀土元素如La(1.22)，Ce(1.18)，Pr(1.16)，Nd(1.15)，Sm(1.13)，Eu(1.13)，Gd(1.11)，Tb(1.09)，Dy(1.07)，Ho(1.05)，Er(1.04)，Tm(1.04)，Yb(1.00)，或Lu(0.99)；B位置為化合價(jià)2-3的元素如Bi(1.20)，Pb(1.32)，Ca(1.06)，Sr(1.27)或Ba(1.43)；C位置為產(chǎn)生極化的元素如Ti(0.75)，Nb(0.83)，Ta(0.80)，W(0.79)，Mo(0.79)，F(xiàn)e(0.69)、Co(0.67)，Cr(0.69)或Zr(0.86)。當(dāng)A位置為化合價(jià)不為+4的元素時(shí)，A位置處或B位置上方的氧形成一空隙，因而晶體是穩(wěn)定的。為了維持薄膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，Y最好取2，3，4或5。甚至當(dāng)A位置用2種或更多種元素化合時(shí)，也能制備強(qiáng)烈極化作用，且各向異性小的鐵電薄膜。如上所述，本發(fā)明可以提供一種高集成度鐵電元件，該元件具有這樣的結(jié)構(gòu)，即其中的非自然極化晶體各向異性的屏蔽層由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電薄膜構(gòu)成，該鐵電薄膜具有強(qiáng)自然極化作用和弱矯頑電場(chǎng)，通過具有不同離子半徑的A位置、B位置(形成晶格)和C位置(產(chǎn)生極化作用)處的元素之組合，可以使該晶格具有適宜大的畸變，并且該鐵電薄膜夾在電極之間。如圖3所示，在鐵電薄膜夾在上電極和下電極之間的結(jié)構(gòu)中，必須確定極化方向以獲得高的自然極化作用值和弱的反向電場(chǎng)。由于該鐵電薄膜具有層狀晶體結(jié)構(gòu)，如圖4所示，通過將鐵電薄膜的取向設(shè)置為(100)，(010)或(110)，或傾斜晶體C-軸方向至45°，或至(001)取向，可獲得強(qiáng)自然極化作用和弱矯頑電場(chǎng)。鐵電薄膜的自然極化特性的變化顯著地取決于晶體取向，從大到小的順序排列如下(100)取向或(010)向＝(001)取向＞(110)取向＞晶體C-軸傾斜至45°的取向。因此，為了獲得鐵電薄膜的所需自然極化值，(100)或(010)取向的鐵電薄膜的比率最好不小于70％。類似的，(001)取向的鐵電薄膜的比率最好不小于70％，(110)取向的比率不小于80％，或晶體C-軸傾斜至45°的取向的比率不小于90％。當(dāng)A位置為元素Bi時(shí)，其代表性實(shí)例為上述的Y1，化學(xué)結(jié)構(gòu)式為(AO)2+(By-1CyO3y+1)2-(化學(xué)式6)(其中Y＝2，3，4，或5)。盡管該物質(zhì)表現(xiàn)出強(qiáng)的自然極化作用的晶體各異向異性，在反向電場(chǎng)存在時(shí)具有優(yōu)異的寫入特性。但其絕對(duì)自然極化值為10-13μc/cm2，該值小于PZT的極化值20-30μc/cm2，而且該物質(zhì)不適合制備高集成度存儲(chǔ)器。根據(jù)本發(fā)明，Bi-O膜中Bi位置必須被具有不同離子半徑的元素A取代，而且B和C位置的元素一起化合使化學(xué)結(jié)構(gòu)式為AO2+(BY-1CyO3Y+1)2-(化學(xué)式7)(其中Y＝2，3，4或5)的物質(zhì)的晶格畸變，以提高自然極化值(Pr)。因此，為了使晶格畸變來制備強(qiáng)自然極化作用的鐵電薄膜，離子半徑為1.20P的Bi位置要用如下不同離子半徑的元素取代Tl(1.06P)，Hg(1.16P)，Pb(1.32P)，Sb(0.90P)或As(0.69P)。元素Pb使晶體膨脹畸變。其它元素Hg，Tl，Sb和、As使晶體收縮畸變。而且，通過在B位置用有上述半徑的Bi，Pb，Ca，Sr，Ba，Y或稀土元素如La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb或Lu，以及在C位置用不同離子半徑的元素Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr或Zr，通過B位置元素與C位置元素的化合，使該晶體結(jié)構(gòu)具有很大的畸變，該鐵電薄膜表現(xiàn)出強(qiáng)自然極化作用。為了穩(wěn)定晶體，Bi-位置的取代程度最好在0＜X＜2范圍內(nèi)，層狀結(jié)構(gòu)在Y＝1，2，3，4或5范圍內(nèi)。如上所述，本發(fā)明可提供一種鐵電元件，其中雙Bi-O層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電薄膜夾在兩電極之間，該鐵電薄膜具有強(qiáng)自然極化性和弱矯頑電場(chǎng)，這是由于在Bi位置、B位置(構(gòu)成晶格)和C位置(產(chǎn)生極化)上不同離子半徑的化合元素使晶格具有適宜大畸變度造成的。而且在以上所提及的鐵電薄膜中，自然極化作用表現(xiàn)出晶體各向異性，且極化方向相對(duì)于平面a-b傾斜5度。在如圖3所示的結(jié)構(gòu)中，為了獲得強(qiáng)自然極化作用，必須控制取向使極化軸以垂直方向定向。參考圖5，獲得強(qiáng)自然極化用的鐵電薄膜，其取向?yàn)?100)、(010)或(110)，或其晶體C-軸傾斜至45°。該鐵電薄膜的自然極化特性的變化顯著地取決于晶體取向，按從大到小順序排列如下(100)-取向或(010)取向＞(110)取向＞晶體C-軸傾斜至45°的取向。因此，為了獲得鐵電薄膜所需的自然極化值，(100)取向或(010)取向的該鐵電薄膜的比率最好不小于70％。類似的，(110)取向的該鐵電薄膜的比率最好不小于80％，晶體C-軸傾斜至45°的取向的比率不小于90％。根據(jù)本發(fā)明，圖6說明了鐵電元件的平面結(jié)構(gòu)，其中電極位于鐵電薄膜的兩側(cè)。這是基于該層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的晶體取向易于控制的優(yōu)越性，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為(AO)2+(BY-1CyO3Y+1)2-(化學(xué)式8)(其中Y＝2，3，4或5)，這是由于晶體主要沿平面a-b方向生長?？傊阼F電元件中，從能源消耗和運(yùn)行速度的觀點(diǎn)來看，操作電壓最好低至3伏或更小。根據(jù)本發(fā)明，在鐵電薄膜中，其矯頑電場(chǎng)的數(shù)量級(jí)為幾十-100kv/cm。因此，為了制備平面結(jié)構(gòu)的鐵電元件，夾在電極中間的鐵電薄膜的寬度選擇為不大于0.3μm。甚至在平面結(jié)構(gòu)鐵電元件情況下，如圖4所示，通過將鐵電薄膜的取向控制在(100)取向、(101)取向、(110)取向、(001)取向或其晶體C-軸傾斜至45°，可獲得強(qiáng)的自然極化作用。取向和自然極化作用的程度如上所述。為了有效地獲得自然極化值，(100)取向或(010)取向的該鐵電薄膜的比率最好至少不小于70％。類似的，(001)取向的該鐵電薄膜的比率不小于70％，(110)取向的比率不小于80％，而且晶體C-軸傾斜至45°的取向的比率不小于90％。而且，該鐵電薄膜的矯頑電場(chǎng)數(shù)量級(jí)為幾十-100kv/cm，所述鐵電薄膜的結(jié)構(gòu)中的屏蔽層包括雙Bi-O膜其化學(xué)式為(Bi2-xAxO2)2+(By-1CyO3Y+1)2-(化學(xué)式9)。通過限定該鐵電薄膜的寬度不大于0.3μm，因此，可獲得具有強(qiáng)自然極化作用的平面結(jié)構(gòu)鐵電元件。這時(shí)，由于所加電場(chǎng)方向和C-軸垂直，如圖4所示，通過控制其取向?yàn)?100)取向，(010)取向，(110)取向，(001)取向或其晶體C-軸傾斜至45°，可獲得強(qiáng)自然極化作用的鐵電薄膜。因此，為了獲得鐵電元件有效的自然極化值，(100)取向或(010)取向的該鐵電薄膜的比率最好不小于70％。類似地，(001)取向的該鐵電薄膜的比例最好不小于70％，(110)取向的比率不小于80％，或晶體C-軸傾斜至45°的取向的比率不小于90％。而且，在常規(guī)PZT鐵電薄膜和Pt，Au或Al下電極結(jié)構(gòu)中，PZT中的氧通過PZT和電極之間的界面擴(kuò)散進(jìn)入電極，結(jié)果過渡層在界面上形成。通常，過渡層表現(xiàn)出弱自然極化作用和強(qiáng)矯頑電場(chǎng)。由于反向電場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)量級(jí)達(dá)到108，該自然極化值和寫入次數(shù)一樣都急劇下降，而矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度上升。一般來說這是因?yàn)殡妶?chǎng)重復(fù)反向、從過渡層到鐵電薄膜的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。在本發(fā)明中，應(yīng)用如圖7所示的結(jié)構(gòu)能在自然極化作用和矯頑電場(chǎng)方面抑制鐵電薄膜特性的破壞。也就是說，通過選擇這樣的結(jié)構(gòu)來構(gòu)成下電極，即該結(jié)構(gòu)由從與鐵電薄膜接觸的一側(cè)依次排列的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物、單元素導(dǎo)電氧化物和金屬組成，以抑制氧從鐵電薄膜的擴(kuò)散，并且不形成過渡層。因此，甚至當(dāng)寫入次數(shù)達(dá)到1015數(shù)量級(jí)時(shí)，該鐵電薄膜的特性也不被破壞。圖8是說明本發(fā)明上電極結(jié)構(gòu)的示意圖。象上述的下電極一樣，從與鐵電材料接觸的一側(cè)依次形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物、單元素導(dǎo)電氧化物、金屬或鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物，這是為了抑制過渡層的形成，該過渡層是由于氧從鐵電材料擴(kuò)散進(jìn)入電極而產(chǎn)生的。因此可制成甚至當(dāng)寫入次數(shù)達(dá)到1015數(shù)量級(jí)時(shí)都不喪失其特性的鐵電元件。甚至在平面結(jié)構(gòu)鐵電元件中，和鐵電薄膜相接觸的左右電極由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物或單元素導(dǎo)電氧化物制成，于是即使當(dāng)寫入次數(shù)達(dá)到1015數(shù)量級(jí)時(shí)其特性也不會(huì)被破壞。用作上和下電極的金屬為選自下列元素中的一種Pt，Au，Al，Ni，Cr，Ti，Mo，和W。作為上電極、下電極以及左和右電極的單元素導(dǎo)電氧化物為選自下列元素中一種的氧化物Ti、V、Eu、Cr、Mo、W、Ph、Os、Ir、Pt、Re、Ru，和Sn，并且為了顯示電極材料的功能，其電阻率最好不大于1mΩ·cm。該鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物為下列化合物中的一種ReO3、SrReO3、BaReO3、LaTiO3、SrVO3、CaCrO3、SrCrO3、SrFeO3、La1-xSrxCoO3(0＜X＜0.5)、LaNiO3、CaRuO3、SrRuO3、SrTiO3和BaPbO3，作為電極材料，其電阻率最好不大于1mΩ·cm。根據(jù)本發(fā)明，為了制備具有光學(xué)感應(yīng)功能的鐵電元件，如圖3所示的結(jié)構(gòu)，上電極必須由透明導(dǎo)電氧化物制成。該透明導(dǎo)電氧化物最好為下列氧化物中的一種In2O3、Sn2、ZnO、ITO(In-Sn-O)，ATO(摻雜Sb的Sn)、FTO、(摻雜F的Sn)，和CTO(Cd-Sn-O)，且其可見光區(qū)的透射系數(shù)不小于80％，電阻率不大于1mΩ·cm。類似地，在如圖6所示的平面結(jié)構(gòu)中，左右電極中的一個(gè)或兩個(gè)是由選自下列氧化物中的一種制成In2O3，Sn2，ZnO，ITO(In-Sn-O)、ATO(摻雜Sb的Sn)FTO(摻雜F的Sn)和CTO(Cd-Sn-O)，其可見光區(qū)的透射系數(shù)不小于80％，電阻率不大于1mΩ·cm，這對(duì)獲得電極功能是必要的。本發(fā)明中在使用濺射法時(shí)，最好在含有必需的氧氣氣氛中于減壓下，溫度不超過650℃(為了抑制與電極材料反應(yīng))條件下制備該鐵電薄膜。該濺射法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是，在氧氣充足的氧氣氣氛下，可以制備特性均勻且尺寸大于8英寸的鐵電薄膜。甚至當(dāng)用激光蒸鍍法代替濺射法時(shí)，在氧氣或激勵(lì)氧氣氣氛且溫度不高于650℃下，可以制備特性均勻的鐵電薄膜。通過該激光蒸鍍法，具有和靶相同成分的鐵電薄膜可被制備，這使制備復(fù)雜成分的鐵電薄膜變得容易。當(dāng)用有機(jī)金屬化學(xué)汽相沉積法(MOCVD)代替濺射法時(shí)，獲得具有以上所述優(yōu)異性能的鐵電薄膜是可能的，這對(duì)于粗糙表面的涂層的特性有利的。甚至當(dāng)采用旋涂法或浸涂法(用烷氧基金屬或有機(jī)酸鹽作原料)時(shí)，在制備溫度不超過650℃(為了抑制和電極材料反應(yīng))下，以上述相同方式也能獲得性能均勻的鐵電薄膜。在正常壓力下旋涂法和浸涂法可以使制備工藝簡化。根據(jù)該鐵電薄膜的旋涂或浸涂制備方法(用烷氧基金屬或有機(jī)酸鹽作為原料)，通過用光照射，由于光線照射下復(fù)合物的分解反應(yīng)可為氧化物提供結(jié)晶能，因此該鐵電薄膜可在低溫下制備。使用以上所述不同制備方法中的任一種，都能制備鈣鈦礦結(jié)構(gòu)或單元素的優(yōu)良導(dǎo)電氧化物，且其性能均勻，電阻率不超過1mΩ·cm。圖9是說明鐵電存儲(chǔ)器單元的結(jié)構(gòu)示意圖，其中如圖3所示的鐵電元件形成在半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)上，該晶體管結(jié)構(gòu)包括源極，漏極和多晶Si和TiN阻擋層。該鐵電材料的剩余自然極化作用使控制源極和漏極間的等電性成為可能。圖10是說明鐵電存儲(chǔ)器單元的結(jié)構(gòu)示意圖，其中MOS晶體管包括氧化物層、金屬層、絕緣層、電容和如圖3所示的鐵電元件，該MOS晶體管形成在以上提及的半導(dǎo)體增效應(yīng)晶體管上。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是由反向電場(chǎng)引起的自然極化作用的差異可以通過使用2倍數(shù)據(jù)級(jí)的殘余元件探測(cè)到。圖11說明了如圖6所示的平面型鐵電元件代替如圖3所示鐵電元件用的結(jié)構(gòu)。甚至在這種情況下，由反向電場(chǎng)引起的自然極化作用的差異可以通過使用2倍數(shù)量級(jí)的殘余元件方便地探測(cè)到。具有如圖1和2所示晶體結(jié)構(gòu)的該鐵電薄膜可方便地用作紅外線傳感器，這是因?yàn)殡S著溫度的變化該薄膜的自然極化作用變化很大。因?yàn)闊犭娤禂?shù)(dPr/dt表示自然極化作用)很大，這對(duì)紅外線傳感器探測(cè)是必要的。根據(jù)本發(fā)明具有由透明導(dǎo)電氧化物制成的電極的鐵電元件有能力產(chǎn)生與光脈沖振蕩相一致的電壓，其數(shù)量極為μs或更小，而且能有效地用于研制能測(cè)量反射光線的光學(xué)感應(yīng)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明制備的鐵電存儲(chǔ)器單元在減壓下操作，并具有強(qiáng)的剩余極化性，能有效的用來研制由大量單元組成的非接觸式讀或?qū)懘鎯?chǔ)器。下面將參照本發(fā)明的實(shí)施例，但本發(fā)明決不受限制。[實(shí)施例1]圖1說明了本發(fā)明所用鐵電薄膜的晶體結(jié)構(gòu)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為(AO)2+(B2C3O10)2-(化學(xué)式10)下面將對(duì)在該化學(xué)式中A為元素Nd，B為元素Sr和C為元素Ta的情形下的制備方法進(jìn)行描述。在表示鐵電元件截面的圖3中，參考號(hào)34代表底層基片。首先，該底層基片由Si制成，包括一加熱形成的且厚度為2000的TiN的阻擋層。其次，下電極33形成在底層基片34上。如圖7所示，該下電極由金屬層74、單元素導(dǎo)電氧化物層73和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物層72構(gòu)成。在底層基片34之上為金屬Ru74，它是在溫度加熱至600°時(shí)濺射而成，厚度為1000，金屬Ru74之上為單元素導(dǎo)電氧化物RuO層73，它是在450℃的氧氣氣氛下濺射而成，厚度為1000，再上面是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物SrRuO3層72，它是在650℃下濺射而成。用烷氧基金屬如Nd，Sr或Ta的溶液，在1500rpm下，對(duì)下電極33旋涂30秒，以形成其上的鐵電薄膜32。然后在150℃下干燥5分鐘，在200℃-550℃的空氣或氧氣氣氛下預(yù)熱處理10-30分鐘，該溫度低于鐵電薄膜的結(jié)晶溫度500℃。重復(fù)上述操作過程2-5次，形成厚度為2500的薄膜粗坯。最后，在580℃-650℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理獲得鐵電薄膜((NdO)2+(Sr2Ta3O10)2-)化學(xué)式(11)由X-射線衍射的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)該鐵電薄膜的取向?yàn)镃-軸傾斜至45°。而且在應(yīng)用105平面衍射峰進(jìn)行電極圖測(cè)量中可以發(fā)現(xiàn)該取向的比率為93％。另外，在鐵電薄膜32之上形成上極31。如圖8(a)所示上電極31包括鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氫化物82，單元素導(dǎo)電氧化物83和金屬84。在鐵電薄膜32(NdO)2+(Sr2Ta3O10)2-(化學(xué)式12)上形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物SrRuO382，它是在650℃氧氣氣氛下濺射而成，厚度為1000A，隨后在該氧化物82之上形成單元素導(dǎo)電氧化物RuO83，它是在450℃氧氣氣氛下濺射而成，厚度為1000A，以及厚度為1000A的金屬Ru84，它是在600℃下濺射而成。所制備的鐵電薄膜的自然極化作用(Pr)和矯頑電場(chǎng)(Ec)，在室溫下測(cè)量分別為20μc/cm2，75kv/cm。在反向電壓280kv/cm下重復(fù)測(cè)量，在高至1012次下其Pr特性沒有降低(表1)。制備的Ru，RuO，SrRuO3下電極中，尤其是SrRuO3下電極可通過設(shè)計(jì)形成薄膜的濺射工序而實(shí)現(xiàn)其a-軸取向。通過應(yīng)用由此得到的取向面和設(shè)計(jì)旋涂工序，干燥和熱處理，可以獲得如圖4所示的取向(a)(100)或(010)取向，(b)(110)取向，(c)，C-軸傾斜至45°的取向，或(d)(001)取向。當(dāng)該取向的比率為70％時(shí)，取向的比率和Pr、Ec之間的關(guān)系為(a)(100)或(010)取向Pr＝17-20μc/cm2，EC＝70-90kv/cm，(b)(110)取向Pr＝15-18μc/cm2，EC＝60-90kv/cm，(C)C-軸傾斜至45°方向Pr＝13-16μc/cm2，EC＝60-90kv/cm，(d)(001)取向Pr＝17-20μc/cm2，EC＝70-90kv/cm。表1說明了C-軸傾斜至45°的鐵電元件的寫入次數(shù)、Pr和Ec值，該鐵電元件在以上所述相同條件下制備而得，用下列元素中任一種作為化學(xué)式13中C位置元素Ti，Nb，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr或Zr，(NdO)2+(Sr2C3O10)2-(化學(xué)式13)表1</tables></tables>表2說明了C-軸傾斜至45°的鐵電元件的寫入次數(shù)、Pr和Ec值，該鐵電元件在以上所述相同條件下制備而得，用下列元件中任一種作為化學(xué)式14中C位置元素Ti、Nb、Ta、W、Mo、Fe、Co、Cr或Zr，(TlO)2+(Sr2C3O10)2-(化學(xué)式14)表2</tables></tables>表3</tables></tables>表5說明了C-軸傾斜至45°的鐵電元件的寫入次數(shù)，Pr和Ec值，該鐵電元件在以上所述相同條件下制備而得，用下列元素中任一種作為化學(xué)式17中C位置元素Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr或Zr，(CeO)2+(Sr2C3O10)2-(化學(xué)式17)表5</tables>在以上所述相同條件下，制備Pr-16-20μc/cm2，EC＝70-100kv/cm，寫入次數(shù)高達(dá)1012數(shù)量級(jí)或更高的鐵電元件也是可能的，即在化學(xué)式18中用下列元素中的任一種作為A位置元素Tl，Hg，Y，Ce，Pr，Nd，Pm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb和Lu，用下列元素中的至少一種或多種作為B位置元素Bi，Pb，Ca，Sr和Ba，用下列元素中的至少一種或多種作為C位置元素Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr和Zr，(AO)2+(B2C3O10)2-(化學(xué)式18)在以上所述相同條件下，制備Pr＝16-19μc/cm2Ec＝70-100kv/cm，寫入次數(shù)高達(dá)1012數(shù)量級(jí)或更高的鐵電元件也是可能的，即在化學(xué)式19中用下列元素中的任一種作為A位置元素La，Sm，用下列元素中至少一種或多種作為B位置元素Bi，Ca，Sr，Ba，用下列元素中至少一種或多種作為C位置元素Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr，Zr，(AO)2+(B2C3O10)2-(化學(xué)式19)在以上所述相同條件下，制備Pr＝16-20μc/cm2，Ec＝70-100kv/cm，寫入次數(shù)高達(dá)1012數(shù)量級(jí)或更高的鐵電元件也是可能的，即在化學(xué)式20中用下列元素中至少一種或多種作為B位置元素Ca，Sr，Ba，用下列元素中的至少一種或多種作為C位置元素Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr，Zr，(PbO)2+(B2C3O10)2-(化學(xué)式20)在以上所述相同條件下，制備Pr＝16-20μc/cm2Ec＝70-100kv/cm、寫入次數(shù)高達(dá)1012數(shù)量級(jí)或更高的鐵電元件也是可能的，即在化學(xué)式21中用以上述的那些相同元素作為A、B和C位置元素(AO)2+(B1C2O7)2-(AO)2+(B3C4O13)2-(化學(xué)式21)(AO)2+(B4C5O16)2-盡管表1所示為C-軸傾斜至45°情形(C)時(shí)的數(shù)據(jù)，但在(100)或(010)取向情形(a)時(shí)，也可獲得Pr值比(C)增大約1.1倍的鐵電元件，在(110)取向情形(b)時(shí)Pr值比(C)增大約1.05倍，在(001)取向情形(d)時(shí)Pr值比(c)增大約1.1倍。(實(shí)施例2)圖2說明了本發(fā)明中鐵電薄膜的晶體結(jié)構(gòu)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為(Bi2-xAxO2)2+(B2C3O10)2-(化學(xué)式22)下電極的制備條件和實(shí)施例1中的相同，在以上該化學(xué)結(jié)構(gòu)式中，A為元素Sb、B為元素Sr，C為元素Ta，X＝0.4。用烷氧基金屬Bi、Sb、Sr或Ta的溶液以1500rpm對(duì)下電極進(jìn)行旋涂30秒，在其上形成鐵電薄膜。然后在150℃下干燥5分鐘，在350°-550℃的溫度范圍內(nèi)于氧氣或空氣氣氛下預(yù)熱處理10-30分鐘，該溫度低于鐵電薄膜的結(jié)晶溫度580℃。重復(fù)上述操作過程2-5次，形成2500A厚的薄膜粗坯。最后在580-650℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱處理獲得該鐵電薄膜(Bi1.6Sb0.4O2)2+(Sr2Ta3O10)2-(化學(xué)式23)由X-射線衍射的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)該鐵電薄膜的取向?yàn)镃-軸傾斜至45°。而且在應(yīng)用105平面衍射峰進(jìn)行極圖測(cè)量中可以發(fā)現(xiàn)該取向的比率為90％。另外，上電極以與實(shí)施例1相同的方式形成在鐵電薄膜上。在室溫下測(cè)量所制備的鐵電元件的自然極化值(Pr)和電場(chǎng)(Ec)，其值分別為18μc/cm2和90kv/cm。在反向電壓為280kv/cm下重復(fù)測(cè)量，在高至1014次數(shù)下其Pr特性沒有降低(表6)。甚至當(dāng)元素A對(duì)Bi位置的取代度在0＜X＜2范圍內(nèi)變化時(shí)，通過以上所述同樣的方法，仍可獲得Pr＝18-19μc/cm2、Ec＝90-100kv/cm、寫入次數(shù)為1014數(shù)量級(jí)的鐵電元件。制備的Ru，RuO，SrRuO3下電極中，尤其是SrRuO3下電極可通過設(shè)計(jì)形成薄膜的濺射工序?qū)崿F(xiàn)其a-軸取向。通過應(yīng)用由此得到的取向面和設(shè)計(jì)旋涂工序、干燥和熱處理，可以獲得如圖5所示的取向(a)(100)或(010)取向，(b)(110)取向，(c)C-軸傾斜至45°的取向。當(dāng)該取向比率為70％時(shí)，取向比率和Pr、Ec之間的關(guān)系為(a)(100)或(010)取向Pr＝17-20μc/cm2，Ec＝70-90kv/cm，(b)(110)取向Pr＝15-18μc/cm2，Ec＝60-90kv/cm，(c)C-軸傾斜至45°的取向Pr＝13-16μc/cm2，Ec＝60-90kv/cm。表6說明了鐵電元件的寫入次數(shù)、Pr和Ec值，該鐵電元件在以上所述相同條件下制備而得，用下列元素中的任一種作為化學(xué)式24中C位置元素Ti、Nb、W、Mo、Fe、Co、Cr或Zr。(Bi2-xSbxO2)2+(Sr2C3O10)2-(化學(xué)式24)表6在以上所述相同條件下，制備Pr＝16-20μc/cm2，Ec＝70-100kv/cm，寫入次數(shù)高達(dá)1013或更高的鐵電元件也是可能的，在化學(xué)式25中用下列元素中的至少一種或多種作為C-位置元素Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr和Zr，(Bi2-xSbxO2)2+(Sr2C3O10)2-(化學(xué)式25)表7說明了鐵電元件的寫入次數(shù)、Pr和Ec值，該鐵電元件在以上所述相同條件下制備而得，用下列元素中的任一種作為化學(xué)式26中的C位置元素Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr和Zr，(Bi2-xHgxO2)2+(Sr2C3O10)2-(化學(xué)式26)。表7在如上所述相同條件下，制備Pr＝15-19μc/cm2，Ec＝75-100kv/cm、寫入次數(shù)高達(dá)1013或更高的鐵電元件也是可能的，用下列元素中的至少一種或多種作為化學(xué)式27的C位置元素Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr和Zr，(Bi2-xHgxO2)2+(Sr2C3O10)2-(化學(xué)式27)表8說明了鐵電元件的寫入次數(shù)、Pr和Ec值，該鐵電薄膜在以上所述相同條件下制備而得用下列元素中的任一種作為化學(xué)式28中的C位置元素Ti、Nb、Ta、W、Mo、Fe、Co、Cr和Zr。(Bi2-xAsxO2)2+(Sr2C3O10)2-(化學(xué)式28)表8</table>table></tables>在以上所述相同的條件下，也可制備Pr＝17-20μc/cm2，Ec＝80-100kv/cm，寫入次數(shù)高達(dá)1013數(shù)量級(jí)或更高的鐵電元件，用下列元素中的至少一種或多種作為化學(xué)式29中的C位置元素Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr和Zr。(Bi2-xAsxO2)2+(Sr2C3O10)2-(化學(xué)式29)表9說明了鐵電元件的寫入次數(shù)、Pr和Ec值，該鐵電元件在以上所述相同條件下制備而得用下列元素中任一種作為化學(xué)式30中的C位置元素Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr和Zr。(Bi2-xTlxO2)2+(Sr2C3O10)2-(化學(xué)式30)表9<p></tables>在以上所述相同的條件下，制備Pr＝17-20μc/cm2，Ec＝80-100kv/cm、寫入次數(shù)為1012數(shù)量級(jí)或更高的鐵電元件也是可能的，用下列元素中的至少一種或多種作為化學(xué)式31中的C位置元素Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr和Zr。(Bi2-xTlxO2)2+(Sr2C3O10)2(化學(xué)式31)在以上所述相同的情況下制備Pr＝16-20μc/cm2，Ec＝70-100kv/cm，寫入次數(shù)為1012數(shù)量級(jí)或更高的鐵電元件也是可能的，在化學(xué)式32中，用下列元素中的至少一種作為A位置元素Tl、Hg、Sb、As；用下列元素中的至少一種或多種作為B位置元素Bi，Pb，Ca，Sr，Ba，Y和稀土元素；用下列元素中的至少一種或多種作為C位置元素Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr和Zr。(Bi2-xAxO2)2+(B2C3O10)2-(化學(xué)式32)表10說明了鐵電元件的寫入次數(shù)，Pr和Ec值，該鐵電元件在以上所述相同條件下制備而得，用下列元素中的任一種作為化學(xué)式33中的C位置元素Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr和Zr，(Bi2-xPbO2)2+(Sr2C3O10)2-(化學(xué)式33)在以上所述相同情況下制備Pr＝16-20μc/cm2，Ec＝75-100kv/cm，寫入次數(shù)為1012數(shù)量級(jí)或更高的鐵電元件也是可能的，用下列元素中的至少一種或多種作為化學(xué)式34中的C位置元素Ti，Nb，Ta，W，Mo，Co，和Cr。(Bi2-xPbXO2)2+(Sr2C3O10)2-(化學(xué)式34)表10C位置TiNbTaWZrPr(μc/cm2)1716171818Ec(kv/cm)901009510080寫入次數(shù)1.00E+141.00E+141.00E+141.00E+141E+13</table><p>在以上所述相同條件下制備Pr＝16-20μc/cm2，EC＝70-100kv/cm、寫入次數(shù)為1012數(shù)量級(jí)或更高的鐵電元件也是可能的在化學(xué)式35中，用下列元素中的至少一種作為B位置元素Bi，Pb，Ca，Sr，Ba，Y和稀土元素；用下列元素中的任一種作為C位置元素Ti、Nb、Ta、W、Mo、Fe、Co、Cr、和Zr，(Bi2-xPbxO2)2+(B2C3O10)2-(化學(xué)式35)在以上所述相同條件下制備Pr＝17-20μc/cm2，Ec＝70-100kv/cm、寫入次數(shù)為1012或更高的鐵電元件也是可能的，在化學(xué)式36中，用下列元素中的更少一種或多種作為B位置元素Bi，Pb，Ca，Sr，Ba，Y和稀土元素；用下列元素中的至少一種或多種作為C位置元素Ti、Nb、Ta、W、Mo、Co和Cr，(Bi2-xPbxO2)2+(B2C3O10)2-(化學(xué)式36)在以上所述相同條件下制備Pr＝16-20μc/cm2，Ec＝70-100kv/cm、寫入次數(shù)為1013數(shù)量級(jí)或更高的鐵電元件也是可能的用以所提及的相同元素作為化學(xué)式37中的A、B、C位置元素。(Bi2-xAxO2)2+(C1O4)2-(Bi2-xAxO2)2+(B1C2O7)2-(Bi2-xAxO2)2+(B3C4O13)2-(Bi2-xAxO2)2+(B4C5O16)2-(化學(xué)式37)盡管表6說明了C-軸傾斜至45°情形(c)時(shí)的數(shù)據(jù)，但在(100)或(010)取向情形(a)時(shí)也可獲得Pr值比(c)增大約1.1倍的鐵電元件，在(110)取向情形(b)時(shí)Pr值比(c)值大約1.05倍，(實(shí)施例3)圖6是本發(fā)明實(shí)施例中鐵電元件的截面圖。在圖6中，在位于底層基片64上的平面型鐵電元件中，鐵電薄膜62的兩側(cè)分別帶有左電極61和右電極63。首先，該鐵電薄膜是在如實(shí)施例2中相同條件下制備而得，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為(Bi1.6Sb0.4O2)2+(Sr2Ta3O10)2-(化學(xué)式38)厚度為2000，且C-軸傾斜至45°，該鐵電薄膜位于底層基片上，該底層基片包括實(shí)施例1中形成的2000厚TiN阻擋層。用掩膜法調(diào)整該鐵電薄膜寬度至0.3μm，在650℃氧氣氣氛下，用濺射法在鐵電薄膜的兩側(cè)形成2500厚的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電SrRuO3基層，從而形成左電極61和右電極63。在室溫下測(cè)量所制備鐵電元件的自然極化值(Pr)和矯頑電場(chǎng)值(Ec)，分別為17μc/cm2和100kv/cm。在反向電壓280kv/cm下測(cè)量其重寫次數(shù)，在高至1014次數(shù)下，其Pr特性沒有降低。甚至當(dāng)Bi位置的元素Pb的取代度在0＜X＜2范圍內(nèi)變化時(shí)，用以上述相同的一種方法制備Pr＝18-19μc/cm2，Ec＝90-100kv/cm、寫入次數(shù)為1014數(shù)量級(jí)的鐵電元件也是可能的。在650℃氧氣氣氛下，用濺射法在上述得到的寬度為0.3μm的鐵電薄膜的兩側(cè)形成2500厚的單元素導(dǎo)電氧化物RuO，從而形成左電極61和右電極63。在室溫測(cè)量所制備鐵電元件的Pr和Ec值分別為17μc/cm2和100kv/cm。在反向電壓280kv/cm下測(cè)量其重寫次數(shù)，在高至1013數(shù)量級(jí)下其Pr特性未被破壞。甚至當(dāng)用化學(xué)結(jié)構(gòu)式為化學(xué)式39的鐵電薄膜代替以上所述鐵電薄膜時(shí)，用同樣方法制備Pr＝16-20μc/cm2、Ec＝70-100kv/cm、寫入次數(shù)為1012數(shù)量級(jí)或更高的鐵電元件也是可能的用和實(shí)施例1中那些相同的元素作為化學(xué)式39中的A、B、C位置元素，(Bi2-xAxO2)2+(B2C3O10)2-(Bi2-xAxO2)2+(C1O4)2-(Bi2-xAxO2)2+(B1C2O7)2-(Bi2-xAxO2)2+(B3C4O13)2-(Bi2-xAxO2)2+(B4C5O16)2-(化學(xué)式39)通過設(shè)計(jì)旋涂工序，干燥和熱處理(尤其是制備溫度)，該鐵電薄膜可以象如圖4所示那樣取向(a)(100)或(010)取向，(b)(110)取向，(c)C-軸傾斜至45°取向，(d)(001)取向。與C-軸傾斜至45℃的情形(C)相比，該鐵電薄膜的Pr值在情形(a)，(d)時(shí)增大約1.1倍，在情形(b)時(shí)增大約1.05倍。在底層基片上用與實(shí)施例1相同條件下，制備厚度為2000，C-軸傾斜至45°的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為化學(xué)式40的鐵電薄膜，(NdO)2+(Sr2Ta3O10)2-(化學(xué)式40)該底層基片包括實(shí)施例1中形成的2000厚TiN阻擋層。用掩膜法調(diào)整該鐵電薄膜的寬度至0.3μm，在650℃氧氣氣氛下，用濺射法在鐵電薄膜的兩側(cè)形成2500厚的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物SrRuO3，從而形成左電極和右電極。在室溫下測(cè)量所制備鐵電元件的Pr和Ec值分別為19μc/cm2和70kv/cm。而且在反向電壓280kv/cm下測(cè)量其重寫次數(shù)，在高至1012次數(shù)下其Pr特性沒有損失。當(dāng)用化學(xué)結(jié)構(gòu)式為化學(xué)式41的鐵電薄膜代替以上提及的鐵電薄膜時(shí)，用以上相同方法制備Pr＝16-20μc/cm2、Ec＝70-100kv/cm、寫入次數(shù)為1012數(shù)量級(jí)或更高的鐵電元件也是可能的用實(shí)施例2中那些相同的元素作為化學(xué)式41中的A、B、C位置元素(AO)2+(B2C3O13)2-(AO)2+(B1C2O7)2-(AO)2+(B3C4O13)2-(AO)2+(B4C5O16)2-(化學(xué)式41)通過設(shè)計(jì)旋涂工序，干燥和熱處理(尤其是制備溫度)可以使該鐵電薄膜象如圖5那樣取向(a)(100)或(010)取向，(b)(110)取向，(c)C-軸傾斜至45°取向，(d)(001)取向。與C-軸傾斜至45°的情形(c)相比，該鐵電薄膜的Pr值在情形(a)、(b)、(d)時(shí)分別增大約1.1、1.05、1.1倍。(實(shí)施例4)圖7說明了本發(fā)明的下電極的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。象實(shí)施例1中那樣，首先，厚度為1000的Pt、Au、Al、Ni、Cr、Ti、Mo和W中的任一金屬層74在溫度為600℃下濺射形成于底層基片75上。然后，在450℃氧氣氣氛下濺射形成1000厚的單元素導(dǎo)電氧化物73，該氧化物為下列氧化物中的任一種TiOx、VOx、EuO、CrO2、MoO2、WO2、PbO、OSO、IrO、PtO、ReO2、RuO2和SnO2。然后在650℃下，用濺射法在73之上形成厚度為1000的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物72，該氧化物為下列氧化物中的任一種ReO3、SrReO3、BaReO3、LaTiO3、SrVO3、CaCrO3、SrCrO3、SrFeO3、La1-xSrxCoO3(O＜x＜0.5)、LaNiO3、CaRuO3、SrRuO3、SrTiO3和BaPbO3。然后在該下電極上制備形成一個(gè)與實(shí)施例1中相同的鐵電薄膜。用下述方法制備本發(fā)明圖8(a)中所示的上電極。象實(shí)施例1那樣制備鐵電元件在650℃氧氣氣氛下，用濺射法形成厚度為1000的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物82，該氧化物為下列氧化物中的任一種ReO3、SrReO3、BaReO3、LaTiO3、SrVO3、CaCrO3、SrCrO3、SrFeO3、La1-xSrxCoO3(O＜X＜0.5)、LaNiO3、CaRuO3、SrRuO3、SrTiO3、和BaPbO3，在450℃氧氣氣氛下用濺射法制備厚度為1000的單元素導(dǎo)電氧化物83，該氧化物為下列氧化物中的任一種TiOx、VOx、EuO、CrO2、MoO2、WO2、PhO、OSO、IrO、PtO、ReO2、RuO2和SnO2，在600℃下用濺射法形成1000的上電極金屬層84，該金屬層為下列元素中的任一種Pt、Au、Al、Ni、Cr、Ti、Mo和W。所制備的鐵電元件Pr＝16-20μc/cm2，Ec＝70-100kv/cm，寫入次數(shù)為1012數(shù)量級(jí)或更高。用上述相同方法制備下電極和鐵電薄膜后，用下述方法制備本發(fā)明圖8(b)所示的上電極。象實(shí)施例1那樣制備鐵電元件在650℃氧氣氣氛下用濺射法形成1000厚的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物82，該氧化物為下列氧化物中的任一種ReO3，SrReO3，BaReO3，LaTiO3，SrVO3，CaCrO3，SrCrO3，SrFeO3，La1-xSrxCoO3(0＜X＜0.5)，LaNiO3，CaRuO3，SrRuO3，SrTiO3，和BaPbO3，在600℃用濺射法制備上電極金屬層84，該金屬為下列元素中的任一種Pt，Au，Al，Ni，Cr，Ti，Mo和W。所制備的鐵電元件Pr＝16-20μc/cm2，Ec＝70-100kv/cm，寫入次數(shù)為1013或更高。用上述一種方法制備下電極，在與實(shí)施例2相同條件下形成鐵電薄膜，而且用上述相同方法在薄膜上形成上電極，這是為了制備鐵電元件。以上所制備的鐵電元件Pr＝16-20μc/cm2，Ec＝70-100kv/cm，寫入次數(shù)為1012數(shù)量級(jí)或更高。另外，制備鐵電元件在650℃氧氣氣氛下，在實(shí)施例3中制備的0.3μm寬、2500厚的鐵電薄膜的兩側(cè)，用濺射法形成厚度為2500的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物，該氧化物為下列氧化物中的任一種ReO3、SrReO3、BaReO3、LaTiO3、SrVO3、CaCrO3、SrCrO3、SrFeO3、La1-xSrxCoO3(O＜X＜0.5)，LaNiO3，CaRuO3、SrRuO3、SrTiO3和BaPbO3，所制備的鐵電元件的Pr＝16-20μc/cm2，Ec＝70-100kv/cm，寫入次數(shù)為1012或更高。制備一鐵電元件在450℃氧氣氣氛下，在實(shí)施例3中制備的0.3μm寬、2500厚的鐵電薄膜兩側(cè)，用濺射法制備厚度為1000的單元素導(dǎo)電氧化物，該氧化物為下列氧化物中的任一種TiOx，VOx，EuO，CrO2，MoO2，WO2，PhO，OsO，IrO，PtO，ReO2，RuO2和SnO2。所制備的鐵電元件的Pr＝16-20μc/cm2，Ec＝70-100kv/cm，寫入次數(shù)為1012或更高。(實(shí)施例5)用以下所述方法在下電極和鐵電薄膜上制備本發(fā)明透明導(dǎo)電氧化物上電極。制備具有透明電極的鐵電元件該透明電極是在實(shí)施例1和2中制備的下電極和鐵電薄膜之上，在450℃氧氣氣氛下，用濺射法形成厚度為1000的In2O3而成。所制備的鐵電元件的Pr＝17μc/cm2，Ec＝100kv/cm，寫入次數(shù)為1012數(shù)量級(jí)或更高，可見光區(qū)透射系數(shù)為83％。制備一具有透明電極的鐵電元件；在實(shí)施例1和2中制備的下電極和鐵電薄膜上，在450℃氧氣氣氛中，用濺射法形成一厚度為1000的透明導(dǎo)電氧化物，該氧化物為下列氧化物中的任一種SnO2，ZnO，ITO(In-Sn-O)，ATO(摻有Sb的Sn)、FTO(摻雜有F的Sn)和CTO(Cd-Sn-O)。所制備的鐵電元件的Pr＝16-20μc/cm2，Ec＝70-100kv/cm，寫入次數(shù)為1012數(shù)量級(jí)或更高，可見光區(qū)透射系數(shù)為83％。制備一具有透明電極的鐵電元件在實(shí)施例3中所制備的0.3μcm寬，2500厚的鐵電薄膜的兩側(cè)，在450℃氧氣氣氛中，用濺射法形成一厚度為2500的透明導(dǎo)電氧化物，該氧化物為下列氧化物中的任一種；In2O3，SnO2，ZnO，ITO(In-Sn-O)，ATO(摻雜有Sb的Sn)，F(xiàn)TO(摻雜有F的Sn)和CTO(Cd-Sn-O)。所制備鐵電元件的Br＝16-20μc/cm2，Ec＝70-100kv/cm，寫入次數(shù)為1012數(shù)量級(jí)或更高，可見光區(qū)透射系數(shù)為83％。在實(shí)施例3中制備的0.3μm寬，2500厚的鐵電薄膜左電極上，在450℃氧氣氣氛中，用濺射法形成一厚度為2500的透明導(dǎo)電氧化物，該氧化物為下列氧化物中的任一種In2O3、SnO2、ZnO、ITO(In-Sn-O)、ATO(摻雜有Sb的Sn)，F(xiàn)TO(摻有F的Sb)和CTO(Cd-Sn-O)。用實(shí)施例4中相同的方法在右電極上形成一厚度為2500的單元素導(dǎo)電氧化物或鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物，以上是為了制備一具有透明電極的鐵電元件。所制備的鐵電元件的Pr＝16-20μc/cm2，Ec＝70-100kv/cm，寫入次數(shù)為1012數(shù)量級(jí)或更高，可視區(qū)透射系數(shù)為83％。(實(shí)施例6)在實(shí)施例1-5中，鐵電材料都是以烷氧基金屬作原料，用旋涂法制備而成。用乙酰丙酮金屬鹽、羧酸金屬鹽、酯酸金屬鹽，或環(huán)烷酸或辛酸金屬皂作原料溶液，用旋涂法制備鐵電薄膜也是可能的。用烷氧基金屬、乙酰丙酮金屬鹽、羧酸金屬鹽、或者環(huán)烷酸或辛酸金屬皂作原料溶液，經(jīng)過以上所述相同過程，用浸涂法制備類似鐵電薄膜也是可能的。在實(shí)施例1-5中，在制備溫度530-650℃范圍內(nèi)，壓強(qiáng)為0.02-10-4托的含氧氣氛中，用濺射法制備2500厚的鐵電薄膜，其制備過程為1小時(shí)。而且在實(shí)施例1-5中，在制備溫度530-650℃范圍內(nèi)，壓強(qiáng)為0.3-10-4托的含氧氣氛中，以和所制備鐵電薄膜相同成份的燒結(jié)品作原料，用激光蒸鍍法也可制備2500厚的鐵電薄膜，其制備過程為1小時(shí)。在實(shí)施例1-5中，在制備溫度530-650℃范圍內(nèi)，壓強(qiáng)為0.3-10-4托的含氧氣氛中，以--二酮絡(luò)合物或具有苯基或鄰甲苯基的化合物作原料，用MOCVD法也可制備2500厚的鐵電薄膜，其制備過程為2小時(shí)。當(dāng)使用激光蒸鍍法或MOCUD法時(shí)，在制備溫度500-620℃范圍內(nèi)，壓強(qiáng)為0.3-10-4托的含激勵(lì)氧(臭氧、ECR或微波等離子體)氣氛中，也可制備2500厚的鐵電薄膜，其制備過程為1-2小時(shí)。在實(shí)施例1-5中，經(jīng)過與上述相同的過程，可制備同樣的金屬層，單元素導(dǎo)電氧化物，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物和透明導(dǎo)電氧化物。(實(shí)施例7)圖9是本發(fā)明的鐵電存儲(chǔ)器單元的截面圖。下面將對(duì)制備方法進(jìn)行描述。首先，把具有源極96和漏極97的硅基片95表面氧化成250厚的SiO2膜。用掩膜方法在基片中心部分形成凸出的SiO2膜99。用CVD法對(duì)凸出部分進(jìn)行處理形成4500厚的多晶硅膜98，對(duì)其在800℃進(jìn)一步加熱形成2000厚的TiN阻擋層97。然后在其上形成包括與實(shí)施例1-6相一致的上電極、鐵電薄膜和下電極的鐵電元件，從而形成鐵電存儲(chǔ)器單元。當(dāng)從鐵電元件的上電極到下電極或從下電極到上電極施加高于矯頑電場(chǎng)的電壓時(shí)，該鐵電存儲(chǔ)器單元表現(xiàn)出殘余極化性，其極化方向?yàn)樗与妷悍较颉Ｊ蛊錃堄鄻O化方向和“0”或“1”相對(duì)應(yīng)，就可以寫入數(shù)據(jù)。當(dāng)所加電壓低于矯頑電場(chǎng)時(shí)，數(shù)據(jù)“0”或“1”可以通過確定極化方向而寫入。通過檢測(cè)源極和漏極之間的電流，所制備的鐵電存儲(chǔ)器單元能檢測(cè)出“0”或“1”。(實(shí)施例8)圖10是本發(fā)明的鐵電存儲(chǔ)器單元的截面圖，下面將對(duì)具制備方法進(jìn)行描述。首先，把具有源極106和漏極107的硅基片105表面氧化成250厚的SiO2膜。用掩膜法將凸出的SiO2膜109形成在基片的中心部分。用CVD法處理凸出部分形成4500厚的多晶體硅膜1010，并把其表面進(jìn)一步氧化形成250厚的SiO2薄膜，從而制得MOS晶體管。然后把其加熱至800℃在與所制備半導(dǎo)體MOS部分相一致的電容器部分上形成2000厚的TiN阻擋層。并在其上制備包括與實(shí)施例1-6中相一致的上電極101、鐵電薄膜102和下電極103的鐵電元件，從而制得鐵電存儲(chǔ)器單元。象實(shí)施例7中那樣，所制備的鐵電存儲(chǔ)單元是用測(cè)量存儲(chǔ)電容器中的變化來檢測(cè)所加電壓高于矯頑電場(chǎng)時(shí)的鐵電材料的滯后性的存儲(chǔ)器單元。圖11是本發(fā)明鐵電存儲(chǔ)器單元的截面圖，下面將時(shí)其制備方法進(jìn)行描述。首先用上述同樣方法，在和所制備的半導(dǎo)體MOS部分相一致的電容器部分上，加熱至800℃制備2000厚的TiN阻擋層114。然后在其上制備包括與實(shí)施例1-6相一致的上述電極111、鐵電薄膜112和下電極113的鐵電元件，從而制得鐵電存儲(chǔ)單元。經(jīng)過與上述相同的操作，該存儲(chǔ)單元能檢測(cè)出存儲(chǔ)電容器中的變化。大量的實(shí)施例7和8中制備的鐵電存儲(chǔ)器單元組合在一起就可構(gòu)成非接觸型讀或?qū)懘鎯?chǔ)器。實(shí)施例1和2中制備的鐵電薄膜的熱電系數(shù)為＝3.0-7.510-8c/cm2K，這說明其Pr的變化取決于溫度。因此該鐵電薄膜可以被用為熱電紅外線傳感器，該傳感器應(yīng)用表面電荷量的變化取決于溫度變化。實(shí)施例5中制備的具有透明電極的鐵電元件可以用作檢測(cè)電壓的非接觸型檢測(cè)系統(tǒng)。該電壓與通過沖擊由He-Ne激光器發(fā)出的激光束所產(chǎn)生的光脈沖相一致，該激光器通過脈沖斷續(xù)裝置可發(fā)射可見光區(qū)波長的光。附圖中參考號(hào)的說明如下31、91、101、111-上電極，32、41、51、62、71、81、92、102、112-鐵電薄膜，33、93、103、113、-下電極，34、42、52、75-底層基片，61-左電極，63-右電極，72、82-鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物，73、83-單元素導(dǎo)電氧化物，74、84-金屬層，94、104、114-TiN，95、105、115-Si，96、106、116-源極，97、107、117-漏極，98-多晶體硅，99、108、109、118、119-SiO21010，1110，-金屬層權(quán)利要求1一種具有上電極、鐵電薄膜和下電極的鐵電元件，其中所述鐵電薄膜具有長周期結(jié)構(gòu)的屏蔽層。2一種具有上電極、鐵電薄膜和下電極的鐵電元件，其中所述鐵電薄膜為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為(AO)2+(By-1CyO3y+1)2-(化學(xué)式42)A＝Tl，Hg，Ce，Y，Pr，Nd，Pm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，La，Sm，B＝Bi，Pb，Ca，Sr，Ba中的至少一種或多種，C＝Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr，Zr中的至少一種或多種，Y＝2、3、4、5。3一種具有上電極、鐵電薄膜和下電極的鐵電元件，其中所述鐵電薄膜為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為(PbO)2+(By-1CyO3y+1)2-(化學(xué)式3)B＝Ca，Sr，Ba中的至少一種或多種，C＝Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr，Zr中的至少一種或多種，Y＝2、3、4、5。4一種根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一種的鐵電薄膜，其中所述鐵電薄膜相對(duì)于下電極為(100)取向或(010)取向。5一種根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一種的鐵電薄膜，其中所述鐵電薄膜相對(duì)于下電極為(110)取向。6一種根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一種的鐵電薄膜，其中所述鐵電薄膜相對(duì)于下電極為(001)取向。7一種根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一種的鐵電薄膜，其中所述鐵電薄膜相對(duì)于下電極其晶體C-軸傾斜至45°取向。8一種根據(jù)權(quán)利要求4的鐵電薄膜，其中相對(duì)于下電極為(100)取向或(010)取向的所述鐵電薄膜的比率不小于70％。9一種根據(jù)權(quán)利要求5的鐵電薄膜，其中相對(duì)下電極為(110)取向的所述鐵電薄膜的比率不小于80％。10一種根據(jù)權(quán)利要求6的鐵電薄膜，其中相對(duì)于下電極為(001)取向的所述鐵電薄膜的比率不小于70％。11一種根據(jù)權(quán)利要求7的鐵電薄膜，其中相對(duì)于下電極其晶體C-軸傾斜至45°取向的所述鐵電薄膜的比率不小于90％。12一種具有上電極，鐵電薄膜和下電極的鐵電元件，其中所述鐵電薄膜為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，且具有長周期結(jié)構(gòu)的屏蔽層。13一種具有上電極、鐵電薄膜和下電極的鐵電元件，其中所述鐵電薄膜為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為(Bi2-xAxO2)2+(By-1CyO3y+1)2-(化學(xué)式44)A＝Tl，Hg，Sb，As，B＝Bi，Pb，Ca，Sr，Ba，Y和稀土元素中的至少一種或多種，C＝Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr，Zr中的至少一種或多種。0＜X＜2，Y＝1、2、3、4、5。14一種具有上電極，鐵電薄膜和下電極的鐵電元件，其中所述鐵電薄膜為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為(Bi2-xPbxO2)2+(By-1CyO3y+1)2-(化學(xué)式45)B＝Bi，Pb，Ca，Sr，Ba，Y和稀土元素中的至少一種或多種，C＝Ti，Nb，Ta，W，Mo，F(xiàn)e，Co，Cr，Zr中的至少一種或多種，或者Ti，Nb，Ta，W，Mo，Co，Cr中的至少兩種或多種，O＜X＜2，Y＝1、2、3、4、5。15一種根據(jù)權(quán)利要求12、13或14的鐵電薄膜，其中所述鐵電薄膜相對(duì)下電極為(100)取向或(010)取向。16一種根據(jù)權(quán)利要求12、13或14的鐵電薄膜，其中所述鐵電薄膜相對(duì)于下電極為(110)取向。17一種根據(jù)權(quán)利要求12、13或14的鐵電薄膜，其中所述鐵電薄膜對(duì)下電極其晶體C-軸傾斜至45°取向。18一種根據(jù)權(quán)利要求15的鐵電薄膜，其中相對(duì)于下電極為(100)取向或(010)取向的所述鐵電薄膜的比率不小于70％。19一種根據(jù)權(quán)利要求16的鐵電薄膜，其中相對(duì)于下電極為(110)取向的所述鐵電薄膜的比率不小于80％。20一種根據(jù)權(quán)利要求17的鐵電薄膜，其中相對(duì)于下電極其晶體C-軸傾斜至45°取向的所述鐵電薄膜的比率不小于90％。21一種根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一種的鐵電元件，其中該鐵電元件為在其鐵電薄膜兩側(cè)帶有電極的平面結(jié)構(gòu)，該鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的寬度不大于0.3μm。22一種根據(jù)權(quán)利要求12或13的鐵電元件，其中該鐵電元件為在其鐵電薄膜兩側(cè)帶有電極的平面型結(jié)構(gòu)，該鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的寬度不大于0.3μm。23一種根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、12或13中任一種的下電極，該下電極由在下部基片一側(cè)的金屬層，單元素導(dǎo)電氧化物和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物構(gòu)成，所指導(dǎo)電氧化物都為特定平面取向。24一種根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、12或13中任一種的上電極，該上電極的構(gòu)成如下鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物，金屬層或鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物，單元素導(dǎo)電氧化物和金屬層，這是以與鐵電薄膜相接觸的膜層順序排列的。25位于權(quán)利要求21或22的鐵電薄膜兩側(cè)的電極，其中與鐵電薄膜相接觸的電極必須由單元素導(dǎo)電氧化物或鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物構(gòu)成。26權(quán)利要求22或23的金屬層，其中該金屬選自下列元素中的至少一種Pt、Au、Al、Ni、Cr、Ti、Mo和W。27一種權(quán)利要求22、23或24的任一種導(dǎo)電氧化物，其中該單元素導(dǎo)電氧化物為選自下列元素中的至少一種Ti、V、Eu、Cr、Mo、W、Ph、Os、Ir、Pt、Re、Ru和Sn，且電阻率不大于1mΩ·cm28一種權(quán)利要求22、23或24的任一種導(dǎo)電氧化物，其中該鈣鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)電氧化物為下列鈣鈦礦中的至少一種ReO3，SrReO3，BaReO3，LaTiO3，SrVO3，CaCrO3，SrCrO3，SrFeO3，La1-xSrxCoO3(0＜X＜0.5)，LaNiO3、CrRuO3、SrRuO3，SrTiO3和BaPbO3，且電阻率不大于1mΩ·cm。29一種制備鐵電薄膜的方法，在氧氣和惰性氣體混合氣氛中，在不高于650℃的形成溫度下，用濺射法制備鐵電薄膜。30一種制備鐵電薄膜的方法，在氧氣或激勵(lì)氧氣氣氛中，在不高于650℃的形成溫度下，用激光蒸鍍法制備鐵電薄膜。31一種制備鐵電薄膜的方法，在氧氣和惰性氣體混合氣氛中，在不高于650℃的形成溫度下，用MOCVD法制備鐵電薄膜。32一種制備鐵電薄膜的方法，在形成溫度不高于650℃且常壓下，以烷氧基金屬或有機(jī)酸鹽作原料，用旋涂法制備鐵電薄膜。33一種制備鐵電薄膜的方法，在形成溫度不高于650℃且常壓下，以烷氧基金屬或有機(jī)酸鹽作原料，用浸涂法制備鐵電薄膜。34一種制備鐵電薄膜的方法，根據(jù)權(quán)利要求31或32中的以烷氧基金屬或有機(jī)酸金屬鹽作原料用旋涂法或浸涂法制備鐵電薄膜，其中該鐵電薄膜形成的同時(shí)用紫外線照射。35根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、12或13中的任一種上電極，其中該上電極由透明導(dǎo)電氧化物構(gòu)成。36根據(jù)權(quán)利要求20或21的電極，其中至少一個(gè)電極由透明導(dǎo)電氧化物構(gòu)成。37一種權(quán)利要求34或35的透明導(dǎo)電氧化物，其中該透明導(dǎo)電氧化物含有下列氧化物中的至少一種In2O3，，Sn2，ZnO，ITO(In-Sn-O)，ATO(摻雜Sb的Sn)，F(xiàn)TO(摻雜F的Sn)，CTO(Cd-Sn-O)，且電阻率不大于1mΩ·cm，可見光區(qū)透射系數(shù)不小于80％。38一種鐵電存儲(chǔ)器單元，其中權(quán)利要求1、2、3、12、13或14中任一種鐵電元件形成在半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管控制極上。39一種鐵電存儲(chǔ)器單元，其中形成權(quán)利要求1、2、3、12、13或14中任一種鐵電元件，作為半導(dǎo)體MOS部件的電容器。40一種鐵電存儲(chǔ)器單元，其中形成權(quán)利要求20或29的鐵電元件，作為半導(dǎo)體MOS部件的電容器。41一種紅外線傳感器，其中將權(quán)利要求1、2、3、12、13或14的鐵電薄膜作為熱電紅外線傳感器。42一種光學(xué)感應(yīng)系統(tǒng)，包括用權(quán)利要求34或35中的透明導(dǎo)電氧化物作電極的鐵電元件。43一種存儲(chǔ)器，其中權(quán)利要求38或39的鐵電存儲(chǔ)器用作非接觸型讀或?qū)懘鎯?chǔ)器。全文摘要提供一種鐵電元件，通過使用的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜，該元件高度集成，且Pr值高，Ec值低。為了制備鐵電元件，其結(jié)構(gòu)中夾在電極間的鐵電薄膜具有強(qiáng)的自然極化作用和弱矯頑電場(chǎng)，通過用具有不同離子半徑的元素作為構(gòu)成晶格的A位置、B位置和產(chǎn)生極化作用的C位置的元素，使鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的晶格產(chǎn)生大的畸變。文檔編號(hào)H01L21/8246GK1165380SQ9710959公開日1997年11月19日申請(qǐng)日期1997年3月13日優(yōu)先權(quán)日1996年3月13日發(fā)明者生田目俊秀,鈴木孝明,大石知司,高橋研,前田邦裕申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所