摻雜對(duì)層狀鈣鈦礦鐵電材料鐵電及弛豫性介電性能的影響.pdf

1、該工作運(yùn)用Sol-Gel法制備了SrBi<,4-x>NdxTi<,4>O<,15>(SBNT)薄膜,結(jié)合X射線衍射、掃描電子顯微鏡、原子力表面顯微鏡及鐵電性能測(cè)試結(jié)果分析,著重研究了制備工藝和摻雜對(duì)SBT144薄膜性能的影響.結(jié)果表明:工藝過(guò)程中的因素,如前驅(qū)體溶液、前驅(qū)溶液PH值、焙燒溫度及退火溫度均對(duì)SBNT薄膜表面形貌和鐵電性能有顯著的影響,通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出薄膜制備的最佳工藝條件,這對(duì)于SrBi<,4-x>Nd<,x>Ti<,4>O

2、<,15>以外的薄膜制備提供了有益的參考.對(duì)不同摻雜量樣品的鐵電性能測(cè)試結(jié)果顯示:薄膜的剩余極化隨摻雜濃度的上升而下降,當(dāng)外加電場(chǎng)強(qiáng)度約為375kV/cm,實(shí)驗(yàn)得到SrBi<,4-x>Nd<,x>Ti<,4>O<,15>(x=0.5)薄膜的剩余極化2Pr為6μC·cm<'-2>,與未摻雜時(shí)SBT144薄膜的剩余極化2P<,r>為20μC·cm<'-2>相比,2P<,r>下降了約70％.X射線衍射結(jié)果表明隨Nd摻雜濃度的上升薄膜中非晶相逐

3、漸增多,從樣品的原子力表面顯微圖片上可見(jiàn)薄膜表面起伏度隨摻雜量的增加而變大,晶粒逐漸不均勻、粗糙.這可能與原子半徑較小的Nd取代Bi后所引起的晶格畸變減小、Nd離子可能進(jìn)入(Bi<,2>O<,2>)<'2+>層破壞了(Bi<,2>O<,2>)<'2+>的空間電荷庫(kù)作用等有關(guān).我們還測(cè)量了低頻下SrBi<,4-x>Nd<,x>Ti<,4>O<,15>(x=0.25)薄膜的抗疲勞性能,經(jīng)過(guò)7.2×10<'9>次翻轉(zhuǎn)后薄膜±(P<'*>-p<

4、'∧>)約下降了60％.層狀鈣鈦礦鐵電體中因摻雜含量的不同而引起的弛豫性介電行為目前很少見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道,該工作研究了La摻雜層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料Bi<,4>Ti<,3>O<,12>(BIT),SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>(SBTi144),Sr<,2>Bi<,4>Ti<,5>O<,18>(SBTi245)及共生結(jié)構(gòu)材料Bi<,4>Ti<,3>O<,12>-SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>(BIT-SBTi144)的變溫

5、介電特性,實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)La含量比較低時(shí),Bi<,4-x>La<,x>Ti<,3>O<,12>,SrBi<,4-x>LaxTi<,4>O<,15>,Sr<,2>Bi<,4-x>La<,x>Ti<,5>O<,18>,SrBi<,8-x>La<,x>Ti<,7>O<,27>顯示出正常鐵電體行為,隨著La含量的增加,Bi<,4-x>La<,x>Ti<,3>O<,12> (x≥1.25),SrBi<,4-x>La<,x>Ti<,4>O<,15>

6、(x=1.0),Sr<,2>Bi<,4-x>La<,x>Ti<,5>O<,18> (x≥0.5),SrBi<,8-x>La<,x>Ti<,7>O<,27>(x=1.50)開(kāi)始出現(xiàn)弛豫鐵電體的典型特征.用拉曼光譜研究了La摻雜對(duì)SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>,Sr<,2>Bi<,4>Ti<,5>O<,18>及Bi<,4>Ti<,3>O<,12>-SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>結(jié)構(gòu)的影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)SrBi<,4>Ti<,4

7、>O<,15>中La摻雜量為0.10,Sr<,2>Bi<,4>Ti<,5>O<,18>中La摻雜量為0.05,Bi<,4>Ti<,3>O<,12>-SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>中La摻雜量為0.50時(shí),離子開(kāi)始取代鉍氧層中的Bi離子.另外由v=30 cm<'-1>以下對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)相變的模軟化可以看出,SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>中La摻雜量為1.00,Sr<,2>Bi<,4>Ti<,5>O<,18>中La摻雜量為0.

8、50,Bi<,4>Ti<,3>O<,12>-SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>中 La摻雜量為1.50時(shí),該處的模軟化消失,表明晶體由鐵電相向順電相轉(zhuǎn)變.此結(jié)果與各樣品中出現(xiàn)弛豫時(shí)La含量的值相一致.以上結(jié)果與Minoru Osada等人在BLT中的研究結(jié)果相似.我們認(rèn)為L(zhǎng)a離子含量超過(guò)一定值時(shí),部分La離子將取鉍氧層中的Bi離子,從而在一定程度上破壞了鉍氧層空間電荷庫(kù)的作用,削弱了其對(duì)氧空位聚集釘扎的抑制,富氧空位處局域應(yīng)變?cè)龃?/p>