高度取向鈦鐵酸鉍鉍層結構鐵電薄膜的磁控濺射制備及其性能研究.pdf

1、眾所周知，鉍層狀結構鐵電體是一種無鉛信息功能型材料。其居里溫度高，低介電常數(shù)，低介電損耗，抗老化，抗疲勞等優(yōu)點促使其在高溫、高頻工業(yè)領域和非易失性鐵電存儲領域有廣闊的應用前景。與傳統(tǒng)的鋯鈦酸鉛(PZT)壓電陶瓷相比，鉍層狀結構鐵電體具有居里溫度高和無毒的特點;盡管，鎢青銅型壓電陶瓷具有很高的居里溫度，苛刻的極化條件限制了其壓電響應。采用射頻磁控濺射技術制備的鐵電薄膜滿足了電子器件向小型化和集成化的功能化發(fā)展趨勢，具有以下幾個優(yōu)點:尺寸小

2、;質(zhì)量輕;工作電壓低。
　　本課題采用傳統(tǒng)固相法制備Bi5FeTi3O15壓電陶瓷與靶材，系統(tǒng)研究其物相結構、表面形貌、介電性能和壓電性能。研究結果表明，Bi5FeTi3O15壓電陶瓷具有良好的電學性能，為Bi5FeTi3O15靶材的制備提供了依據(jù)。
　　通過綜合考慮“應變工程”、“尺寸效應”和“缺陷化學”等設計鐵電薄膜的異質(zhì)結構，本課題采用射頻磁控濺射技術制備鐵電薄膜。利用X射線衍射技術確定其物相結構;利用掃描電子顯微鏡對

3、其表面形貌進行表征;利用精密阻抗分析儀測試其介電頻譜和介電溫譜等介電性能;利用鐵電性能綜合測試儀測試其電滯回線、漏電流曲線、PUND等鐵電性能。本文的主要研究內(nèi)容有:
　　(1)通過固相燒結法制備的Bi5FeTi3O15壓電陶瓷中，具有化學計量比的組分具有最佳的壓電性能，其壓電常數(shù)高達18 pC/N，機械品質(zhì)因子為2925，其居里溫度為760℃，并且在機電耦合系數(shù)方面表現(xiàn)出各向異性。
　　(2)研究不同的工藝參數(shù)，如濺射溫度

4、、濺射功率、濺射氣壓、濺射氣氛、降溫氣氛等，對鐵電薄膜物相結構和電學性能的影響，并對工藝優(yōu)化后的Bi/Ti/Pt/BFTO異質(zhì)結構鐵電薄膜的物相結構、表面形貌和電學性能進行表征。
　　(3)制備出性能優(yōu)良的MgO/SRO/BFTO異顧結構鐵電薄膜和Si/YSZ/SRO/BFTO異質(zhì)結構鐵電薄膜。介電性方面，Si/YSZ/SRO/BFTO異質(zhì)結構鐵電薄膜(b)具有最大的相對介電常數(shù)，在測試頻率為1KHz時，其相對介電常數(shù)為447;結

5、構方面，兩組異質(zhì)結構鐵電薄膜均為a疇取向的多晶結構，其中，MgO/SRO/BFTO異質(zhì)結構鐵電薄膜(a)接近BFTO（0180）的外延結構。
　　(4)以不同取向鈦酸鍶(SrTiO3)為基底，沉積鐵電薄膜，研究基底取向?qū)τ阼F電薄膜物相結構、表面形貌和電學性能的影響。X射線衍射圖譜揭示了BFTO(001)∥SrTiO3(001), BFTO(082)/(280)∥SrTiO3(110)和BFTO(2216)∥SrTiO3(111)的