基于 BaTiO3 膜片转移制备的向量衬底平台：实现硅上高品质无晶体 PZT
材料科学
2025-09-09 v1
摘要
高性能铁电氧化物与硅的直接集成仍面临晶格失配、热力学不兼容以及高温生长等挑战。本文演示了一种混合集成方法：首先将晶体 BaTiO3（BTO）膜片转移至 Pt 覆硅衬底上，随后将其作为向量衬底（VS）用于通过化学 solution 沉积生长 (001) 倾向 Pb(Zr0.52Ti0.48)O3（PZT）薄膜。KI 与 HCl 基底刻蚀剂实现约 30 分钟即可完全溶解 SrVO3 牺牲层，显著缩短传统基于水的溶解 AVO3 与 AMoO3（A 为 Ca、Sr、Ba）所需的释放时间。BTO VS 强制实现 (00l) 纵向取向及面内立方等轴配 epitaxy。器件显示出 10~12 μC/cm² 的余极极化电荷密度及 100 kV/cm 的 coercive 场，并实现至 10^8 次循环的稳定开关。从 PZT 的 piezoelectric butterfly 循环中，我们提取出 VS 上的 PZT 有效 d33 为 70 pm/V，而常规 Pt 硅衬底上的 PZT 为 54 pm/V。该方法展示了一种可扩展且具成本效益的路线，实现功能铁电材料在硅上的集成，为未来 CMOS 兼容氧化物电子器件提供了有前景的平台。
关键词
引用
@article{arxiv.2509.06047,
title = {A facile vector substrate platform via BaTiO3 membrane transfer enables high quality solution processed epitaxial PZT on silicon},
author = {Asraful Haque and Antony Jeyaseelan and Shubham Kumar Parate and Srinivasan Raghavan and Pavan Nukala},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.06047},
year = {2025}
}
备注
17 pages, 7 figures