鈦酸鍶鉛鐵電薄膜的制備及其介電性能研究.pdf

1、近年來，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電薄膜由于具有介電非線性和低介電損耗等特性而得到廣泛研究。其中，(BaxSr1-x)TiO3(BST)和(PbxSr1-x)TiO3(PST)在可調(diào)器件的應(yīng)用方面被認(rèn)為是最有前途的電介質(zhì)材料。然而，由于BST薄膜存在相對(duì)較高的熱處理溫度和介電損耗大等問題，與之相比，PST薄膜則表現(xiàn)出較小的晶粒尺寸效應(yīng)、較低的晶化溫度、較高的相對(duì)介電常數(shù)和較低的介電損耗等優(yōu)點(diǎn)，這使得后者能更好的與微電子工藝相兼容，從而推動(dòng)現(xiàn)代器件的

2、小型化和集成化發(fā)展。
　　本文分別選取Pb0.9Sr0.1TiO3和Pb0.4Sr0.6TiO3兩種不同Pb/Sr比例的PST作為研究對(duì)象，利用溶膠凝膠薄膜制備方法，采用元素?fù)诫s和引入緩沖層這兩種最常用且最有效的改性方法，探討它們對(duì)PST薄膜微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的不同影響。具體工作和得到的結(jié)果如下：
　　1.利用溶膠凝膠法成功制備出了La摻雜的Pb0.82La0.08Sr0.1Ti0.98O3(PLST)鐵電薄膜，使薄膜分別在

3、550℃、600℃和650℃溫度下退火，通過比較退火溫度對(duì)PLST薄膜微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的影響發(fā)現(xiàn)，PLST薄膜在600℃溫度下退火時(shí)介電性能最好，在頻率為1kHz處，它的介電常數(shù)為873，介電損耗為0.084，在電場(chǎng)為400kV/cm大小時(shí)調(diào)諧率達(dá)到了44％。在引入LaNiO3緩沖層，薄膜的結(jié)晶更好，晶粒更小，而且介電常數(shù)在同樣的頻率下從873增大到了1140，損耗從0.084減小到了0.079，當(dāng)施加偏壓為20V時(shí)，有LNO緩沖層的

4、PLST薄膜的調(diào)諧率和優(yōu)值分別達(dá)到68%和14.2，而無緩沖層的PLST薄膜的調(diào)諧率和優(yōu)值則為60%和8.7。
　　2.利用溶膠凝膠法成功制備出了Pb0.4Sr0.6TiO3(PST)鐵電薄膜，引入三種不同的緩沖層薄膜(La0.5Sr0.5CoO3、LaNiO3和TiO2)，三種薄膜的厚度都為100nm，研究結(jié)果表明，緩沖層LNO和TiO2能促進(jìn)PST薄膜沿(110)方向擇優(yōu)生長(zhǎng)，而無緩沖層和緩沖層為L(zhǎng)SCO的PST薄膜則為隨機(jī)取

5、向，無緩沖層、緩沖層為L(zhǎng)SCO、LNO和TiO2的PST薄膜的調(diào)諧率依次為51.5%、44.6%、54.5%和11.5%，而優(yōu)值依次為9.9、11.2、20.4和5.5。另外，在此基礎(chǔ)上，我們還研究了不同厚度的TiO2作為緩沖層對(duì)PST薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和介電性能的影響，其中TiO2厚度為50nm、100nm和200nm。結(jié)果表明，隨著緩沖層TiO2厚度的增加，PST薄膜(110)衍射峰逐漸增強(qiáng)，介電常數(shù)、調(diào)諧率和優(yōu)值都逐漸減小，但是介電損