BST非線性鐵電薄膜材料研究.pdf

1、鈦酸鍶鋇（BaxSr1-xTiO3，簡稱 BST）薄膜具有非線性強、漏電流小、居里溫度可調(diào)等特點，因而在介質(zhì)移相器、壓控濾波器等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。本文通過對BST薄膜的制備工藝、微觀結(jié)構(gòu)、鐵電性能以及BST陶瓷靶材等進行研究，取得了以下研究結(jié)果：
　　(1)當x≤0.6時，BaxSr1-xTiO3陶瓷的晶格常數(shù)比c/a=1，BST陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)屬于立方順電相，無明顯的電滯回線；當x>0.6時，晶格常數(shù)c大于a，此時BST陶瓷

2、的晶體結(jié)構(gòu)屬于四方鐵電相，具有典型的電滯回線。不同組成BST陶瓷的居里溫度(TC)都比居里－外斯溫度(T0)高，其差值TC-T0在2~14℃范圍內(nèi)。居里溫度和組成存在以下線性關(guān)系：TC(℃)=-195.0+322.2x。除了x≤0.5的樣品以外，BST陶瓷的Pr和EC都隨Ba/Sr比增大而增大。在以上研究的基礎(chǔ)上，制備出了致密、均勻、平整、滿足射頻磁控濺射要求的ф120mm BST陶瓷靶材。
　　(2)射頻磁控濺射制備BST薄膜的

3、最佳工藝條件為：襯底溫度400℃，濺射功率90～100W，氧氬比5:1，濺射氣壓0.1Pa，靶基距71mm。
　　(3)利用掃描力顯微鏡中的壓電模式(PFM)觀察到了BST薄膜中存在的a疇和c疇，初步確定了BST薄膜中多疇轉(zhuǎn)變?yōu)閱萎牭呐R界尺寸在28nm～31nm之間。
　　(4)制備的BST薄膜內(nèi)部化學(xué)成分基本一致，氧缺位在薄膜體內(nèi)比表面更嚴重；Pt底電極向薄膜和襯底擴散，BST/Pt以及Pt/SiO2之間存在明顯的界面過渡

4、層。
　　(5)介電偏壓特性曲線和電滯回線都表明制備的Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜具有鐵電性，厚度為500nm、晶粒尺寸為30nm的BST薄膜介電系數(shù)電壓變化率為29.4％，剩余極化強度(Pr)為1.14μC/cm2，矯頑場強(EC)約為22.28kV/cm，并利用公式討論了介電偏壓特性曲線和電滯回線之間的聯(lián)系。
　　(6)晶粒尺寸和膜厚直接影響矯頑場強、最大極化強度。晶粒尺寸對單疇態(tài)薄膜的矯頑場強影響特別顯著，而對其它