锆钛酸铅铁电薄膜的织构与残余应力研究

摘要

本文采用溶胶凝胶方法制备了(100)织构的锆钛酸铅(Pb(Zr0.52Ti0.48)O3，PZT)薄膜。利用广角X射线衍射技术研究了PZT薄膜的相结构；利用X射线扫描技术分析了PZT薄膜的晶体学织构及其弥散度；利用铁电性能测量仪测定了PZT薄膜的铁电性能。
　　XRD物相分析结果表明，通过调节溶胶凝胶工艺和热处理工艺，可以制备出高度(100)织构的PZT薄膜。铁电性能测量结果表明，薄膜的剩余极化强度2Pr最高达到61.92μc/cm2，矫顽场Ec30kV/cm左右。
　　研究了界面层对薄膜物相与织构的影响，XRD结果表明PLCT界面层有助于(100)织构的获得，而PbO界面层的引入可以改良薄膜的漏电性能。
　　利用扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱分析(EDS)分析了Sol-gel法制备的PZT薄膜的引起漏电的可能机制，研究了微孔导电机制与晶界贯穿导电机制及解决办法。
　　提出了直流电场热处理方法，研究结果表明，直流电场热处理可以有效地调整薄膜的残余应力并提高薄膜性能。略低于居里温度的直流电场热处理能有效的减小PZT薄膜内部的残余拉应力并提高PZT薄膜的剩余极化强度，2Pr值从48.47μc/cm2上升到61.92μc/cm2，增幅可达28％。高直流电场热处理能够诱发R相向Cm相的转变，提高PZT薄膜的剩余极化强度。

目录

锆钛酸铅铁电薄膜的织构与残余应力研究

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摘要

Abstract

第1章绪论

1.1引言

1.2PZT铁电薄膜的制备方法

1.2.1脉冲激光沉积法

1.2.2化学气相沉积法

1.2.3溶胶凝胶法

1.2.4溅射法

1.3PZT铁电薄膜的残余应力

1.4PZT薄膜的铁电性能

1.5PZT铁电薄膜的应用

1.6本文主要研究内容和意义

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第2章材料及试验方法

2.1试验材料

2.2溶胶凝胶PZT薄膜的制备工艺参数

2.3研究方法

2.3.1X射线衍射分析

2.3.2小角X射线散射分析

2.3.3显微组织扫描电子显微镜观察及能谱分析

2.3.4残余应力测量

2.3.5X射线光电子谱分析

2.3.6铁电性能测量

第3章PZT铁电薄膜的晶化行为分析及织构控制

3.1引言

3.2PZT薄膜的结构分析

3.2.1PZT粉体的典型物相

3.2.2薄膜厚度的测定

3.2.3薄膜厚度对薄膜物相的影响

3.2.4预烧温度对薄膜物相的影响

3.2.5退火温度对薄膜物相的影响

3.2.6退火温度对薄膜PtTi化合物的影响

3.3溶胶凝胶PZT薄膜的织构

3.3.1薄膜纤维型织构的描述

3.3.2薄膜纤维织构的?扫描分析方法

3.3.3PZT薄膜的织构分析

3.4界面层对PZT薄膜物相与织构的影响

3.4.1PbO界面层对薄膜物相与织构的影响

3.4.2PLCT界面层对薄膜物相与织构的影响

3.5本章小结

第4章PZT薄膜微观组织与导电机制

4.1引言

4.2PZT薄膜的成分分析

4.3PZT薄膜的组织形貌

4.4PZT薄膜的导电机制的研究

4.4.1微孔导电机制

4.4.2晶界贯穿导电机制

4.5本章小结

第5章PZT薄膜相变行为与残余应力分析

5.1引言

5.2PZT相图及相变行为

5.3PZT各相衍射峰位置的计算

5.4薄膜残余应力的掠入射X射线分析

5.5直流电场热处理PZT薄膜的残余应力

5.5.1直流电场热处理原理

5.5.2低电压直流电场热处理对薄膜残应力及铁电性能的影响

5.5.3高电压电场热处理对薄膜相组成的影响

5.5.4电场热处理温度对铁电性能的影响

5.6本章小结

结论

参考文献

附录

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致谢