层状钙钛矿结构SrBi_2Ta_2O_9铁电薄膜的微结构研究

摘要

层状钙钛矿结构SrBi2 Ta2 O9(SBT)铁电薄膜材料由于具有无疲劳特性 ,长的极化寿命和在亚微米 ( <1 0 0nm)厚度时 ,仍然具有体材料的良好电学性能 ,因而成为非挥发性铁电存储器的首选材料。SBT属于Bi系层状钙钛矿结构的铁电材料 ,其化学通式为 (Bi2 O2 ) 2 +(Am -1BmO3 m +1) 2 -,其中A为二价元素 ,B为五价元素 ,m为c轴方向一个晶胞内连续的钙钛结构单元个数。具有铁电性的氧八面体子晶格被非铁电性的 (Bi2 O2 ) 2 +层分隔开 ,形成一种超晶格结构。近年来人们利用多种方法 (如Sol gel,MOD ,PLD等 )制备了SBT铁电薄膜 ,并对其铁电性能及疲劳特性进行了广泛的研究。迄今为止 ,人们对SBT铁电薄膜的微结构研究还比较少 ,对SBT铁电薄膜的耐疲劳机理还不清楚。我们利用高分辨电子显微术 (HRTEM)研究了SBT铁电薄膜的晶界结构 ,分析了小角晶界处的位错组态 ,确定了位错的Burgers矢量及晶界的滑移面 ,并讨论了小角晶界及位错组态对SBT铁电薄膜漏电流密度的影响。采用传统的氧化物混合法烧结制备SrBi2 Ta2 O9陶瓷靶 ,利用脉冲激光沉积法 (PLD)在Pt( 2 0 0nm) /TiO2 ( 5 0nm) /SiO2 /Si衬底上面制备SBT铁电薄膜。衬底温度为 5 5 0℃ ,沉积时间为1 5min ,膜厚 5 0 0nm。合成后的SBT铁电薄膜在氧气氛中 85 0℃下退火