摻雜SrBi-,4-Ti-,4-O-,15-薄膜鐵電性能研究.pdf

1、本論文著重于SrBi4Ti4O15(SBTi)層狀鈣鈦礦鐵電薄膜的制備及其摻雜薄膜材料的微結(jié)構(gòu)、鐵電、疲勞性能的研究。這些研究對(duì)于指導(dǎo)設(shè)計(jì)有實(shí)用性能的用于非易失性鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器的新型鐵電材料有一定的指導(dǎo)作用。 運(yùn)用sol-gel技術(shù)在Si/SiO2/Ti/Pt基片上制備了性能優(yōu)良的SBTi鐵電薄膜材料。X射線(xiàn)衍射、掃描電子環(huán)境和原子力顯微鏡分析表明了所沉積的薄膜具有良好的結(jié)晶學(xué)和表面形貌，沒(méi)有第二相的存在。sol-gel制備的S

2、BTi非晶薄膜在650℃時(shí)開(kāi)始晶化，700℃晶化完成，晶粒開(kāi)始長(zhǎng)大，是多晶自然取向。750℃以上具有較好的鐵電性能，此時(shí)晶粒呈柱狀，其徑向尺寸約為500-600nm。RT6000HVS和RT66A測(cè)試SBTi薄膜的鐵電性能顯示，在317kV/cm的外電場(chǎng)下，其剩余極化(2Pr)和矯頑場(chǎng)(Ec)分別為25.3μC/em2和124.3kV/cm，且材料的抗疲勞性能較好。 對(duì)不同La摻雜含量的SBTi(SrBi4-xLaxTi4O15

3、，x=0.00，0.10，0.25)薄膜的鐵電測(cè)試結(jié)果顯示，適當(dāng)?shù)膿诫s量能有效改善SBTi的鐵電性能。摻雜量為0.10時(shí)，2Pr達(dá)到極大值，為46.0μC/cm2，比未摻雜時(shí)增加了近兩倍。這與La摻雜SBTi陶瓷樣品在x=0.25時(shí)2Pr達(dá)到極大值不相一致，這可能是由于SrBi4-xLaxTi4O15(x=0.25)薄膜的較高的c取向有關(guān)。 在SBTi中，Sr欠量Bi過(guò)量形成Sr1-xBi4+2x/3Ti4O15(x=0.2)薄

4、膜樣品可以使材料的剩余極化明顯提高。由介溫譜可知，摻雜后材料的介電峰向高溫方向移動(dòng)。因此，材料鐵電性能的提高，主要是晶格畸變?cè)龃?、缺陷濃度降低以及薄膜b取向的增加三方面的結(jié)果。 高價(jià)陽(yáng)離子(V5+)摻雜SBTi薄膜，在提高材料的鐵電性能的同時(shí)，更能極大地提高薄膜樣品低頻下的抗疲勞性能。在50kHz頻率及200kV/cm外電場(chǎng)下，經(jīng)過(guò)2.2×109次翻轉(zhuǎn)后，Pnv沒(méi)有變化，表現(xiàn)出優(yōu)良的抗疲勞性能。 在A位用La3+取代Bi

5、3+能極大地提高剩余極化值，而B(niǎo)位用V5+摻雜替代Ti4+在增加Pr的同時(shí)，主要提高了抗疲勞性能，所以，我們制備了La、V共摻SBTi薄膜，不僅具有極大地剩余極化(2Pr達(dá)到46.7μC/cm2)，同時(shí)抗疲勞性能優(yōu)良。 本文還采用so1-gel方法制備了共生結(jié)構(gòu)Bi4Ti3O12-SrBi4Ti44O15薄膜，并對(duì)其結(jié)構(gòu)、性能進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)形成共生結(jié)構(gòu)后，剩余極化大于兩種組成結(jié)構(gòu)的任一種，并且抗疲勞及保持性能較好。結(jié)合摻雜和共