Ba0.65Sr0.35TiO3薄膜的制备及其室温热释电俘能特性研究

摘要

便携式电子器件及无线传感器的快速发展对其供电设备提出了更高的要求,既要求能够持久供电,又要求工作温度在室温附近,而且要求器件体积更小。自供能可以满足便携式电子器件及无线传感器对其供电设备的要求,基于热释电效应的热释电俘能是一种非常有前景的自供能方式,而且具有显著热释电效应的Ba0.65Sr0.35TiO3(BST)无铅薄膜可实现室温热释电俘能。本论文主要采用溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备BST薄膜,对薄膜的微观结构、变温铁电性能以及热释电俘能特性进行了表征,并研究了自缓冲层工艺对薄膜性能的影响。具体的工作和结果概括如下:
　　1.BST薄膜的制备及其变温铁电性能研究
　　(1)配制较低浓度的BST溶胶,然后在Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上经旋涂、退火等工艺制备BST自缓冲层,并研究了退火温度对其微观结构的影响。发现低温退火的自缓冲层,晶粒细小致密,并且薄膜表面光滑。
　　(2)配制较高浓度的BST溶胶,在已制备的自缓冲层上经旋涂、退火等工艺制备BST薄膜,对其微观结构进行表征,并研究了其变温铁电性。发现有自缓冲层的BST薄膜的(100)峰的强度高于无自缓冲层的BST薄膜,随着自缓冲层退火温度的降低(750–550℃),BST薄膜的(100)峰的强度逐渐增强,并且自缓冲层有效地增大了BST薄膜极化随温度的变化,从2℃到77℃,有550℃退火自缓冲层的BST薄膜极化变化值达到5.2μC/cm2。
　　2.BST薄膜在室温附近的热释电俘能特性研究
　　(1)根据埃里克森循环对制备的BST薄膜俘能密度进行计算。结果表明自缓冲层显著地提高了BST薄膜的俘能密度,从2℃到77℃,有550℃退火自缓冲层的BST薄膜的俘能密度高达128mJ/cm3,比文献中工作在高温区间的热释电材料的俘能密度还要大,这是由于在室温附近有550℃退火自缓冲层的BST薄膜的极化随温度变化较大的原因。
　　(2)研究了外加电场对BST薄膜极化随温度变化和俘能密度的影响。发现随着外加电场的增加,极化随温度的变化量和俘能密度均增加,因此有望通过制备击穿强度高的优质薄膜来实现更高的俘能密度。

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第1章 绪论

1.1 铁电材料及其发展史

1.2 铁电薄膜概述

1.3 热释电俘能的工作原理及材料性能评价标准

1.4 应用于热释电俘能的几种钙钛矿结构铁电薄膜材料

1.5 铁电材料的改性方法

1.6 本论文的选题依据和主要内容

第2章 BST薄膜的制备工艺和分析测试方法

2.1 BST薄膜的制备工艺

2.2 微观结构分析测试方法

2.3 电学性能分析测试方法

第3章 自缓冲层对BST薄膜生长的影响

3.1 引言

3.2 BST缓冲层薄膜的制备

3.3 自缓冲层对BST薄膜性能的影响

3.4 本章小结

第4章 BST薄膜室温热释电俘能特性的研究

4.1 引言

4.2 热释电俘能密度的计算方法

4.3 自缓冲层对BST薄膜热释电俘能特性的影响

4.4 外加电场对BST薄膜热释电俘能特性的影响

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 研究展望

参考文献

致谢

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