界面種子層及元素?fù)诫s對(duì)鈮酸鉀鈉基薄膜電性能的影響.pdf

1、(K,Na)NbO3（KNN）是近年來(lái)被廣泛研究的無(wú)鉛壓電材料。自2004年Nature報(bào)道織構(gòu)化KNN基陶瓷的壓電系數(shù)d33高達(dá)416pC/N以來(lái)，有關(guān)KNN基塊體陶瓷和薄膜的研究備受關(guān)注。相比于高質(zhì)量的KNN陶瓷，KNN薄膜在制備工藝和性能方面尚有許多問(wèn)題沒(méi)有得到很好解決，例如，晶化溫度較高、薄膜漏電流密度較大、性能不穩(wěn)定等。本文針對(duì)KNN薄膜存在的問(wèn)題，以廣泛采用的化學(xué)溶液沉積法在Pt/Ti/SiO2/Si襯底上制備KNN基薄膜。

2、通過(guò)堿金屬過(guò)量的調(diào)控、界面種子層的引入和薄膜的V和Ta摻雜等手段，探討了改善薄膜性能的途徑。綜合種子層元素價(jià)態(tài)的X射線(xiàn)光電子譜（XPS）分析、種子層形貌的掃描電鏡（SEM）和原子力顯微鏡（AFM）分析及其物相的掠入射X射線(xiàn)衍射（XRD）分析對(duì) Nb2O5和V2O5種子層的物相、形貌等進(jìn)行了表征；利用能譜分析（EDS）、SEM和AFM觀察以及XRD物相分析等手段研究KNN基薄膜的成分、微觀組織和相組成；用鐵電測(cè)量?jī)x和阻抗測(cè)量?jī)x分別測(cè)試了K

3、NN薄膜的鐵電和介電性能。在此基礎(chǔ)上，研究了KNN薄膜性能的變化規(guī)律與機(jī)制，結(jié)果表明界面種子層及V和Ta元素?fù)诫s可以不同程度地改善KNN基薄膜性能（特別是漏電性能）。
　　不同K，Na過(guò)量比例對(duì)KNN薄膜的鐵電性能有很大的影響，K元素過(guò)量比例的增加有助于得到更好的電性能。由EDS結(jié)果確定了薄膜制備過(guò)程中K，Na元素的揮發(fā)率，以K過(guò)量55％，Na過(guò)量10%制備出了成分準(zhǔn)確的KNN薄膜，得到了良好的鐵電性能。研究發(fā)現(xiàn)，氧氣氛下的二次退

4、火處理可以有效提高薄膜的介電性能。
　　Nb2O5種子層的添加可以使Pt/Ti/SiO2/Si襯底和KNN薄膜緊密結(jié)合,使薄膜漏電流密度顯著降低，得到了良好的鐵電性能。V2O5種子層在使襯底和薄膜結(jié)合緊密的同時(shí)，還將KNN薄膜的晶化溫度降至425℃，實(shí)現(xiàn)了KNN薄膜的低溫晶化，比Nb2O5種子層在更大程度上降低了漏電流密度，得到了優(yōu)于添加Nb2O5種子層薄膜的鐵電性能。
　　以Nb2O5為種子層，制備了K0.4Na0.6Nb

5、1-xVxO3薄膜和(K0.4Na0.6)1-3xLaxNbO3薄膜。V的B位摻雜的KNN薄膜均處于多晶相轉(zhuǎn)變區(qū)，均為O相和T相共存，V摻雜很大程度上提高了薄膜的電性能。隨著V摻雜含量的提高，薄膜中T相含量增加，x=0.015的薄膜的T相含量最大，同時(shí)獲得了最高的鐵電和介電性能：2Pr=43.7μC/cm2；ε=1189；tanδ=10%。La的A位摻雜沒(méi)有優(yōu)化薄膜的電性能，反而使性能劣化。
　　以V2O5為種子層的K0.4Na0