層狀鈣鈦礦型Bi-,4-Ti-,3-O-,12-鐵電薄膜的擇優(yōu)取向生長(zhǎng)與回線動(dòng)力學(xué)標(biāo)度.pdf

1、層狀鈣鈦礦型鐵電體Bi4Ti3012的居里溫度高，自發(fā)極化大，Ps靠近a軸。稀土摻雜的Bi4Ti30i2薄膜在金屬電極上耐疲勞，是實(shí)現(xiàn)鐵電存儲(chǔ)器應(yīng)用的最佳材料之一。人們希望能制備沿a軸（或近a軸）均勻取向生長(zhǎng)（取向度超過(guò)95％）的Bi4Ti3012基鐵電薄膜，以便獲得大的剩余極化。同時(shí)，為滿足鐵電存儲(chǔ)器實(shí)用要求，很有必要直接在金屬電極上取向生長(zhǎng)鐵電薄膜。但是實(shí)驗(yàn)證明，要求鈣鈦礦型鐵電薄膜在金屬電極上均勻取向生長(zhǎng)相當(dāng)困難。
　　

2、本論文在Bi4Ti3O12薄膜快速升溫晶化時(shí)，通過(guò)原位外加電場(chǎng)誘導(dǎo)薄膜中晶粒取向成核，用sol-gel工藝直接在標(biāo)準(zhǔn)型(111)Pt/Ti/Si02/Si(100)襯底上制備了高a/b軸擇優(yōu)取向的Bi4Ti30i2薄膜。較系統(tǒng)研究了外電場(chǎng)大小、升溫速率及退火溫度對(duì)Bi4Ti3012薄膜擇優(yōu)取向生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，若鐵電薄膜的居里溫度高于其結(jié)晶溫度，在薄膜晶化成核時(shí)，外電場(chǎng)的確可以有效地誘導(dǎo)晶粒取向成核，晶粒的自發(fā)極化傾向與外電場(chǎng)方向一

3、致。在外電場(chǎng)2kV，升溫速率60C/s，退火溫度750℃時(shí)獲得高a/b軸擇優(yōu)取向的Bi4Ti3012薄膜，該薄膜電滯回線飽和，剩余極化2Pr值高達(dá)63μC·cm-2，由此估計(jì)其中沿a/b軸擇優(yōu)取向晶粒的體積分?jǐn)?shù)約為62％。
　　 對(duì)比研究了a/b軸擇優(yōu)取向和隨機(jī)取向Bi4Ti3012鐵電薄膜的回線動(dòng)力學(xué)標(biāo)度。結(jié)果表明，a/b軸擇優(yōu)取向Bi4Ti3012薄膜的回線面積隨外加電場(chǎng)的頻率f和幅值Eo的變化關(guān)系為：在低頻段（外電場(chǎng)

4、頻率f<1/re時(shí)），標(biāo)度關(guān)系為ocf0.018E0O.6;在高頻段（外場(chǎng)頻率f>1/re時(shí)），有標(biāo)度關(guān)系ocf-0.026E0O.6。而隨機(jī)取向Bi4Ti3012薄膜的隨外加電場(chǎng)的變化關(guān)系在高頻段和低頻段可統(tǒng)一為ocf-0.106E01.667。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，a/b軸擇優(yōu)取向Bi4Ti3012鐵電薄膜的特征翻轉(zhuǎn)時(shí)間re隨外電場(chǎng)幅值的增大而減小，回線飽和時(shí)其疇翻轉(zhuǎn)特征時(shí)間為1.1 ms，而隨機(jī)取向的薄膜中，在測(cè)試頻率