層狀鈣鈦礦型Bi-,4-Ti-,3-O-,12-鐵電薄膜的擇優(yōu)取向生長與回線動力學(xué)標度.pdf

1、層狀鈣鈦礦型鐵電體Bi4Ti3012的居里溫度高，自發(fā)極化大，Ps靠近a軸。稀土摻雜的Bi4Ti30i2薄膜在金屬電極上耐疲勞，是實現(xiàn)鐵電存儲器應(yīng)用的最佳材料之一。人們希望能制備沿a軸（或近a軸）均勻取向生長（取向度超過95％）的Bi4Ti3012基鐵電薄膜，以便獲得大的剩余極化。同時，為滿足鐵電存儲器實用要求，很有必要直接在金屬電極上取向生長鐵電薄膜。但是實驗證明，要求鈣鈦礦型鐵電薄膜在金屬電極上均勻取向生長相當(dāng)困難。
　　

2、本論文在Bi4Ti3O12薄膜快速升溫晶化時，通過原位外加電場誘導(dǎo)薄膜中晶粒取向成核，用sol-gel工藝直接在標準型(111)Pt/Ti/Si02/Si(100)襯底上制備了高a/b軸擇優(yōu)取向的Bi4Ti30i2薄膜。較系統(tǒng)研究了外電場大小、升溫速率及退火溫度對Bi4Ti3012薄膜擇優(yōu)取向生長的影響。結(jié)果表明，若鐵電薄膜的居里溫度高于其結(jié)晶溫度，在薄膜晶化成核時，外電場的確可以有效地誘導(dǎo)晶粒取向成核，晶粒的自發(fā)極化傾向與外電場方向一

3、致。在外電場2kV，升溫速率60C/s，退火溫度750℃時獲得高a/b軸擇優(yōu)取向的Bi4Ti3012薄膜，該薄膜電滯回線飽和，剩余極化2Pr值高達63μC·cm-2，由此估計其中沿a/b軸擇優(yōu)取向晶粒的體積分數(shù)約為62％。
　　 對比研究了a/b軸擇優(yōu)取向和隨機取向Bi4Ti3012鐵電薄膜的回線動力學(xué)標度。結(jié)果表明，a/b軸擇優(yōu)取向Bi4Ti3012薄膜的回線面積隨外加電場的頻率f和幅值Eo的變化關(guān)系為：在低頻段（外電場

4、頻率f<1/re時），標度關(guān)系為ocf0.018E0O.6;在高頻段（外場頻率f>1/re時），有標度關(guān)系ocf-0.026E0O.6。而隨機取向Bi4Ti3012薄膜的隨外加電場的變化關(guān)系在高頻段和低頻段可統(tǒng)一為ocf-0.106E01.667。實驗發(fā)現(xiàn)，a/b軸擇優(yōu)取向Bi4Ti3012鐵電薄膜的特征翻轉(zhuǎn)時間re隨外電場幅值的增大而減小，回線飽和時其疇翻轉(zhuǎn)特征時間為1.1 ms，而隨機取向的薄膜中，在測試頻率