溶胶-凝胶法制备的铬掺杂钛酸锶铅薄膜的结构与电学性能研究

摘要

研究表明，在薄膜材料改性方面，元素掺杂和引入缓冲层是最常用且最有效的两种方法。本论文根据(Pb,Sr)TiO3(PST)薄膜的特点，选择Pb/Sr=1的钛酸锶铅薄膜(Pb0.5Sr0.5)TiO3作为研究对象，研究了采用Cr3+离子掺杂和添加缓冲层两种方法改善薄膜的电学性质，为(Pb0.5Sr0.5)TiO3薄膜在介电可调领域的应用进行了有益的尝试。主要内容如下：
　　 1、采用溶胶-凝胶法，在以镍酸镧为底电极的Si衬底上制备了0～8％Cr-PST50薄膜，研究了Cr掺杂量对薄膜结构和性能的影响。研究表明，制得的薄膜平整、光滑、致密、无裂纹；Cr的掺杂没有破坏薄膜的钙钛矿结构和随机取向特性；晶格常数亦没有明显的变化；介电常数随着Cr掺杂量的增加而呈减小趋势，在1 KHz条件下，介电常数从未掺杂的417降低到8％ Cr掺杂时的207；Cr-PST50薄膜的晶粒尺寸、介电可调率及优值因子有随Cr掺杂量先增大后减小的趋势，Cr掺杂量为3％时薄膜的可调率和优值因子分别为61.3％、21.4，显示出在介电可调领域较好的应用潜力；薄膜的剩余极化Pr值随着Cr掺杂量的增大而减小，从未掺杂时的7.4μC/cm2降低至5％Cr掺杂时的2.0μC/cm2。
　　 2、采用溶胶-凝胶法，制备了以LNO、MgO、TiO2为缓冲层的3％Cr-PST50薄膜，研究了缓冲层对3％Cr-PST50薄膜结构和性能的影响。研究表明，薄膜均结晶完好，呈随机取向的钙钛矿结构；以LNO为缓冲层的3％Cr-PST50薄膜的晶粒尺寸最大，可能是钙钛矿结构的LNO与薄膜的结构相似，其晶格常数接近，能促进薄膜晶粒的生长；不同缓冲层上薄膜与Pt衬底上的薄膜相比，介电常数减小，这主要是由于引入的缓冲层介电常数较小所致，LNO缓冲层上的薄膜有最低的介电常数，可能是由于两者间在热处理过程中发生界面反应造成的；薄膜的介电可调率和优值因子受晶粒尺寸和晶格常数的共同影响，其中以TiO2为缓冲层的薄膜和没有添加缓冲层的薄膜的可调率和优值因子稍大；同时，由于缓冲层的非铁电性，薄膜的剩余极化值Pr也随着缓冲层的添加而有所降低。以上结果表明，Cr3+离子的掺杂和引入缓冲层可以改善薄膜的结构和性能，为薄膜性能的优化提供了有效的方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1微波介电可调材料的应用背景

1.2微波介电可调材料的性能特点及微波器件对材料的要求

1.3主要材料体系

1.3.1 SrTiO3

1.铁电薄膜的制备方法

1.5提高铁电薄膜材料性能的方法

1.5.1掺杂

1.5.2缓冲层

1.钛酸锶铅薄膜的研究现状

1.1不同铅锶比( )对钛酸锶铅薄膜性能的影响

1.2不同元素掺杂对薄膜性能的影响

1.3缓冲层的添加及成分梯度对薄膜性能影响的研究

1.本论文的目的及意义

第二章 样品的制备与测试

2.1薄膜样品制备

2.1.1实验原料

2.1.2衬底的清洗

2.1.3溶液配制及样品制备

2.1.3 MgO缓冲层样品的制备

2.2薄膜性质测试

2.2.1 X射线衍射分析

2.2.2扫描电子显微镜

2.2.3薄膜电学性质的测量

第三章 铬掺杂PST50薄膜的性能研究

3.1引言

3.2薄膜的结构及其表面形貌分析

3.3薄膜的电学性能分析

3.3.1介电常数及损耗与频率的关系

3.3.2介电常数及损耗与偏压的关系

3.3.3铁电特性

3.4小结

第四章 不同缓冲层上3% Cr-PST50薄膜结构及电学性能研究

.1引言

.2薄膜的结构及其表面形貌分析

.3薄膜的电学性能分析

.小结

第五章 总结

参考文献

硕士期间主要研究成果

致谢