BaTiO3薄膜的重直界面效應(yīng).pdf

1、研究和制備多功能性的復(fù)合氧化物薄膜，是當(dāng)今社會發(fā)展和科技進步的迫切需要，復(fù)合氧化物薄膜結(jié)合了不同種材料的功能性，在諸如力、熱、光、電磁等諸多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景，從而成為國內(nèi)外科學(xué)研究的一個熱點。以BaTiO3(BTO)為代表的鐵電材料具有良好的鐵電、壓電、熱釋電及非線性光學(xué)性質(zhì)，在鐵電存儲器、紅外探測器、空間光調(diào)制器、介電熱輻射測量器及光學(xué)傳感器等方面有重要應(yīng)用，已成為國際高新技術(shù)研究領(lǐng)域之一。將鐵電材料與復(fù)合氧化物薄膜結(jié)合起來，形

2、成的鐵電復(fù)合氧化物薄膜可以進一步提高鐵電材料的性能、拓寬其應(yīng)用范圍，對鐵電材料的實用化具有重要意義。
　　 本文采用固相反應(yīng)法制備純BTO、Sm2O3靶材及BTO與Sm2O3按不同比分混合的復(fù)合靶材。用脈沖激光沉積的方法在SrTiO3(STO)基底上，制備了純BTO薄膜、純Sm2O3薄膜及(BaTiO3)1-x:(Sm2O3)x復(fù)合薄膜。
　　 本文研究并比較了BTO和Sm2O3兩種單相薄膜與(BaTiO3)1-x:(S

3、m2O3)x復(fù)合薄膜的微結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)，包括：品格結(jié)構(gòu)、應(yīng)力變化、表面形貌與有序結(jié)構(gòu)以及漏電和介電性質(zhì)。分析表明：復(fù)合薄膜中的BTO與Sm2O3兩相分離，都形成了垂直方向有序的納米柱狀結(jié)構(gòu)，從而在兩相之間形成垂直界面。垂直界面直接影響了復(fù)合薄膜的物理性質(zhì)。由于垂直界面的形成，BTO受到垂直方向的拉伸應(yīng)變，晶格常數(shù)變大；同時垂直方向應(yīng)變的大小，隨Sm2O3比分的增加而增大，最大可達+3.73％。
　　 在制備Pt/(BaTiO3)

4、1-x:(Sm2O3)x/Nb-STO異質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，我們測量了薄膜的漏電和介電性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn)：(1)在相同的溫度和電場下，復(fù)合薄膜的漏電流比純BaTiO3薄膜減少了2～5數(shù)量級。其主要原因在于BTO材料中，漏電電流主要來源于其中的氧空位；而在復(fù)合薄膜中由于垂直界面的存在，Sm2O3和BTO兩相之間有一定的氧擴散或氧輸運，從而降低了復(fù)合薄膜中BTO相的氧空位濃度，進而有效減少了復(fù)合薄膜的漏電流。(2)通過對變溫漏電電流-電場強度關(guān)系的

5、研究，我們發(fā)現(xiàn)純BTO薄膜中，其漏電機制主要由界面效應(yīng)決定；而復(fù)合薄膜的漏電機制變成空間電荷限制電流這種典型的體效應(yīng)。其主要原因在于，垂直界面的形成在薄膜中產(chǎn)生了密度很高的點缺陷，缺陷俘獲部分電荷形成空間電荷，進而使得漏電電流體現(xiàn)出空間電荷限制電流的特性。
　　 總之，我們發(fā)現(xiàn)在(BaTiO3)1-x：(Sm2O3)x復(fù)合薄膜中，垂直界面對晶格結(jié)構(gòu)、應(yīng)變、漏電和介電性質(zhì)都有很大影響。本文為復(fù)合薄膜的生長機理、微結(jié)構(gòu)、界面效應(yīng)及漏