外延Pb(Zr0.4Ti0.6)O3和BiFe0.95Mn0.05O3薄膜的Sol-Gel法制备及性能研究

摘要

采用溶胶-凝胶 (Sol-Gel) 法在Pt 电极和SrRuO3 电极上均成功制备了Pb(Zr0.4Ti0.6)O3 薄膜、BiFe0.95Mn0.05O3 薄膜，采用磁控溅射法 (Magnetron Sputtering)在薄膜上掩膜生长了Pt 或SrRuO3上电极，构架了铁性薄膜电容器。利用X 射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜 (AFM)、铁电测试仪 (Precision LC Unit)、LCR表等对薄膜样品的结构、表面形貌、铁电性以及介电性等进行了研究。
　　 采用射频磁控溅射法，在 (001) SrTiO3基片上制备了SrRuO3 薄膜，系统研究了沉积温度对SrRuO3 薄膜表面形貌、结构及输运性质的影响。实验表明，沉积温度为350℃和450℃时SrRuO3 薄膜为多晶结构，在550～650℃的沉积范围内，SrRuO3 薄膜在SrTiO3基片上均实现了外延生长。600℃和625 ℃的沉积温度下得到了表面平整的SrRuO3 薄膜，电阻率约为0.7 mΩ． Cm。采用Sol-Gel 法及快速退火方式分别在Pt和SrRuO3 电极上制备了Pb(Zr0.4Ti0.6)O3薄膜，构架了Pt/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3/Pt和SrRuO3/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3/SrRuO3 铁电电容器。实验发现，5 V下Pt/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3/Pt和SrRuO3/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3/SrRuO3 电容器的剩余极化强度分别为17.4 μC/cm2和28.3 μC/cm2，在经过1010次翻转后两电容器净极化强度分别下降了70％和20％。
　　 采用Sol-Gel 法及快速退火方式制备了BiFeO3和BiFe0.95Mn0.05O3 薄膜。研究发现，BiFe0.95Mn0.05O3 薄膜表面更加平整，颗粒均匀；BiFe0.95Mn0.05O3 电容器具有饱和的电滞回线，545 kV/cm 外加电场下剩余极化强度为50.4 μC/cm2；虽然BiFe0.95Mn0.05O3在较低电场下具有较高的漏电流，但是当外加电场为175 kV/cm时，其漏电流相对于纯BiFeO3降低了将近两个数量级。BiFe0.95Mn0.05O3的介电常数要高于BiFeO3 薄膜，并具有稍好的磁性能。
　　 采用Sol-Gel 法分别在Pt和SrRuO3 电极上制备了多晶BiFe0.95Mn0.05O3 薄膜，并对Pt/BiFe0.95Mn0.05O3/Pt和SrRuO3/BiFe0.95Mn0.05O3/SrRuO3 电容器的性能进行了对比，实验发现，SrRuO3 电极有利于BiFe0.95Mn0.05O3 薄膜的结晶；BiFe0.95Mn0.05O3/SrRuO3 样品的漏电流击穿电场要远大于BiFe0.95Mn0.05O3/Pt的击穿临界电场，在172 kV/cm的电场下两电容器的漏电流密度分别为8.3×10-4 A/cm2和8.0×10-3 A/cm2。
　　 采用Sol-Gel 法在单晶SrRuO3/SrTiO3(001)衬底上，应用快速退火方式，制备了高度择优的Pb(Zr0.4Ti0.6)O3和外延的BiFe0.95Mn0.05O3 薄膜。研究发现虽然530～580℃制备的Pb(Zr0.4Ti0.6)O3 薄膜均沿 (00l) 方向择优生长，但薄膜的铁电性有很大差异。外延生长的BiFe0.95Mn0.05O3 薄膜具有饱和的电滞回线，455 kV/cm的外加电场下剩余极化强度为51.8 μC/cm2，经过1010次翻转，净极化强度保持在95.2 μC/cm2，并观测到较好的ε-E蝶形曲线。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1 章 引 言

第2 章 薄膜的制备工艺及检测手段

第3 章 SrRuO3 氧化物电极的结构及性能研究

第4 章 SrRuO3 电极对Pb(Zr,Ti)O3 薄膜结构和性能的影响

第5 章 BiFe0.95Mn0.05O3 薄膜的结构和性能研究

第6 章 SrRuO3 电极对BiFe0.95Mn0.05O3 结构及性能的影响

第7 章 外延薄膜的制备探索及其性能研究

结束语

参考文献

致 谢

攻读硕士期间发表的学术论文