中文摘要：

CaCu3Ti4O12(CCTO)的巨介电特性在微电子领域具有广阔应用前景。但是，在薄膜化过程中，该材料的介电特性显著下降，限制了CCTO薄膜的进一步发展和应用。鉴于CCTO的巨介电性能与非匀质微结构密切相关，本项目提出利用高分子辅助沉积（PAD）方法易于形成各种薄膜微结构的优势，实现非匀质微结构的可控生长，进而调控CCTO薄膜介电特性的研究设想。为达到改善该薄膜材料介电特性的目的，拟重点展开CCTO薄膜中非匀质微结构与介电特性关联性的研究。将采用PAD方法人为引入CCTO薄膜中的非匀质微结构，研究非匀质微结构的形成与变化规律；通过多种检测方法，系统的获得"微结构-电性能"的实验数据；进而寻找调控和改善CCTO薄膜介电特性的方法，探索非匀质微结构影响CCTO薄膜介电特性的物理机制。本项目将为认识巨介电现象的物理本质提供有力的实验支撑，为电子薄膜器件的研制与应用奠定材料基础。

结论摘要：

高介电材料CaCu3Ti4O12(CCTO)薄膜在高密度电容中具有良好的应用前景，但是这类薄膜的介电损耗通常较高，阻碍了它的实际器件应用。本项目的研究表明通过人工设计CaCu3Ti4O12(CCTO)薄膜中的非匀质微结构，可以调控CCTO薄膜的介电特性，并降低薄膜的介电损耗。主要的研究结论包括（1）使用高分子辅助沉积法（Polymer-assisted deposition, PAD）方法通过高氧压退火的工艺可以对LaAlO3基片上外延生长的CCTO薄膜的微结构进行调控，高氧压退火一方面可以降低氧空位，另一方面会改变薄膜的应力状态，同时还会促进薄膜中TiO2相的形成，三种因素的共同作用导致薄膜介电损耗降低；（2）使用PAD方法，通过在外延薄膜中掺入Zr，实现对薄膜的面内应变的调控，从而调控薄膜的介电性能，实验结果表明面内压缩应变越大，介电损耗越小；（3）基片表面台阶流结构对使用PAD方法生长的高质量外延薄膜（如TiO2薄膜）的形貌及性能有明显的影响，在合适的生长条件下，薄膜表面会出现纳米有序结构;(4)在(3)的研究基础上，设计了通过斜切基片表面的台阶结构在薄膜中引入非匀质应变畴的方法，对薄膜的应变状态及应变弛豫机制进行调控，通过畴匹配的应变弛豫方式可以降低失配位错的密度，从而降低薄膜的介电损耗。以上界面应力调控方法也在用PAD方法制备的VO2薄膜和镍基片上生长的BaTiO3薄膜系统中得到了应用。本项目从实验数据总结出薄膜应变与介电性能的关联性规律，提出了物理（高氧压退火）和化学（掺杂）等调控应变的方法，并提出了通过基片表面台阶结构和畴匹配机制来调控界面应变和释放失配应力的新方法，这不仅对认识介电薄膜的应变调控和介电损耗机制等基础科学问题有一定的意义，对实际的器件应用也具有较强的指导意义，具有良好的应用前景。