層狀Sr-Bi-Ti-O鐵電材料的制備及其性能研究.pdf

1、鐵電存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始成為存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域的新興技術(shù)和重要經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，其基本原理是利用鐵電材料能夠沿著外加電場(chǎng)方向產(chǎn)生極化，且這種極化狀態(tài)可以隨外電場(chǎng)發(fā)生反轉(zhuǎn)，因此鐵電存儲(chǔ)器材料一方面要求有高的剩余極化強(qiáng)度，另一方面又要求有好的抗疲勞性，同時(shí)還需要有高熱穩(wěn)定性，大保持力，低漏導(dǎo)電流和與半導(dǎo)體集成技術(shù)相兼容的成膜溫度等優(yōu)點(diǎn)，研究已發(fā)現(xiàn)鉍系層狀鐵電材料(BLSF)是鐵電存儲(chǔ)器的最佳候選材料，尤其是同系列SrmBi4Tim+3O3m+3(SBTm)

2、鐵電材料，但是目前不同m值的材料又具有各自致命的弱點(diǎn)而限制了其實(shí)用化進(jìn)程，因此利用固溶、共生、取代和摻雜等技術(shù)對(duì)現(xiàn)有BLSF材料進(jìn)行復(fù)合改性是一種趨勢(shì)。這種改性必須建立在掌握該系列不同m材料各自的制備、結(jié)構(gòu)及性能的基礎(chǔ)上?？梢?jiàn)，如果能夠系統(tǒng)分析該系列材料的合成機(jī)理，以及相應(yīng)性能隨結(jié)構(gòu)的變化關(guān)系，對(duì)制備高性能且實(shí)用性的鐵電存儲(chǔ)器材料具有非常重大的意義。 本文研究了同系列SrmBi4Tim+3O3m+3(m=3，4，5和6)鐵電材料

3、，首先成功制備出了m從3到6的鐵電陶瓷，確定了該系列陶瓷材料最佳預(yù)燒溫度是800℃，最佳燒結(jié)溫度分別是900、1090、1180和1190℃，介電常數(shù)隨著m增大而逐漸增大，而對(duì)應(yīng)的損耗因子和居里溫度則恰好相反。同時(shí)材料的剩余極化強(qiáng)度隨m增大呈減小趨勢(shì)，且與m值的奇偶有關(guān)。 其次利用溶膠凝膠法克服了固相反應(yīng)法中反應(yīng)不完全的劣勢(shì)而成功制備了Sr3Bi4Ti6O21(SBT6)材料，并通過(guò)A位摻Pb制備Pb3xSr3(1-x)Bi4T

4、i6O21材料，因受A位大半徑pb2+的影響，相應(yīng)的居里溫度、介電常數(shù)、損耗因子均隨著Pb摻雜量的增大而逐漸減小。 最后通過(guò)A位摻Pb利用溶膠凝膠法制備BTO(m=3)薄膜，一方面由于pb2+較Bi3+半徑大，引起晶格膨脹；另一方面由于A位Bi3+被低價(jià)的pb2+取代，因而形成相應(yīng)的帶正電荷的氧空位，同時(shí)由于pb2+極化率大，隨著Pb摻雜量的增大，上述各種因素共同作用導(dǎo)致了材料的結(jié)構(gòu)、介電性能和鐵電性能隨著Pb摻雜量發(fā)生了很有規(guī)