钛酸铋钠钾无铅铁电薄膜结构调控及电性能研究

摘要

铁电体是当今一类极为重要的功能材料。然而目前应用较为广泛的铁电材料通常含铅量较高，这对环境和人类健康是一致命威胁，因此无铅铁电材料的开发与研究成为焦点。钛酸铋钠(NBT)具有较高的室温居里温度和强铁电性，被认为是一种有潜力的无铅铁电材料。随着微电子集成工艺的快速发展，功能材料的研究由块体转向薄膜，而目前对于NBT的研究主要集中于块体材料，对其薄膜的研究较少，这主要是因为其薄膜材料仍存在一些不足，具体表现为织构度较差、晶化温度过高、剩余极化较低、漏电流较大和极化较难反转。相比于纯的NBT，由NBT和钛酸铋钾(KBT)组成的固溶体(NKBT)显示出增强的性能，成为无铅高性能铁电材料的研究热点。
　　本文利用溶胶凝胶/旋涂技术成功制备了NKBT薄膜，主要针对NKBT薄膜上述缺陷展开一系列研究，以期能优化其性能。论文主要探索了热处理温度对NKBT薄膜晶化行为的影响，结果表明随热解温度和退火温度的升高，NKBT薄膜的晶化程度变得更加完全;还研究了组分对(Pb1-x-yLaxCay)Ti1-x/4O3薄膜结晶取向和电性能的影响，研究发现薄膜呈现出优良的低温晶化和强织构特性;最后研究了Pb0.8La0.1Ca0.1Ti0.975O3(PLCT)种子层及其厚度对NKBT薄膜的择优取向、表面形貌及电性能的影响，研究表明种子层可以大幅改善薄膜的结晶取向和电性能，带有14nm厚PLCT种子层的NKBT薄膜具有较优异的性能:强的(100)取向、低的表面粗糙度、较高的剩余极化强度、较低介电损耗。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 铁电薄膜材料概述

1．1．1 铁电薄膜材料简介

1．1．2 铁电薄膜材料发展简况

1．1．3 铁电薄膜材料结构及分类

1．1．4 铁电薄膜材料基本特性

1．2 铁电薄膜材料常用制备技术

1．2．1 脉冲激光沉积法

1．2．2 溅射法

1．2．3 化学气相沉积法

1．2．4 溶胶凝胶法

1．3 铁电薄膜材料应用

1．3．1 铁电存储器上的应用

1．3．2 热释电红外探测器上的应用

1．3．3 微机电系统中的应用

1．4 钛酸铋钠基无铅铁电材料

1．4．1 钛酸铋钠基无铅铁电材料简述

1．4．2 钛酸铋钠基无铅铁电材料基本性质

1．4．3 钛酸铋钠基铁电薄膜研究现状

1．5 本文选题依据及主要研究内容

第2章 薄膜制备及分析测试方法

2．1 薄膜制备所需仪器及实验材料

2．1．1 制膜所需主要仪器

2．1．2 制膜所需实验材料

2．2 NKBT薄膜制备

2．2．1 NKBT前驱体溶液配制

2．2．2 衬底清洗

2．2．3 薄膜制备流程

2．2．4 电极制备

2．3 薄膜分析测试方法

2．3．1 XRD和表面形貌表征

2．3．2 电学性能表征

第3章 热处理温度对NKBT薄膜性能的影响及PLCT薄膜性能研究

3．1 热处理温度对NKBT薄膜性能的影响

3．1．1 不同热分解温度下的NKBT薄膜晶化行为研究

3．1．2 退火温度对NKBT薄膜晶化行为的影响

3．1．3 热分解温度对NKBT薄膜微观形貌的影响

3．1．4 NKBT薄膜铁电性能研究

3．2 组分对PLCT薄膜行能的影响

3．2．1 不同组分PLCT薄膜的晶体结构

3．2．2 不同组分PLCT薄膜的电性能

3．3 本章小结

第4章 种子层对NKBT薄膜取向及电性能的影响

4．1 种子层对NKBT薄膜结晶取向的影响

4．2 种子层对NKBT薄膜的微结构的影响

4．3 种子层对NKBT薄膜的电性能的影响

4．3．1 NKBT薄膜的介电性能研究

4．3．2 NKBT薄膜的铁电性能研究

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表及待发表的学术论文

致谢