緩沖層與襯底對(Ba，Sr)TiO-,3-組分梯度薄膜微結構和電學性能的影響.pdf

1、本文研究了濺射沉積工藝參數對Pt電極上沉積BST組分梯度薄膜微結構與電學性能的影響。實驗表明:BST組分梯度薄膜晶粒大小和晶化程度隨著襯底溫度的升高而提高,570℃下沉積的BST薄膜介電常數較大,介電損耗和漏電流密度較小。工作氣壓則直接影響到薄膜的沉積速率和表面形貌,在3.0Pa附近獲得了最高的沉積速率,致密的結構和良好的電學性能。綜合各種工藝參數得到沉積BST梯度薄膜的最佳工藝條件:570℃(襯底溫度),3.0Pa(工作氣壓),2:5

2、(氧氬比),在此工藝條件下制備的BST組分梯度薄膜經700℃退火1h,薄膜形成了較大晶粒尺寸,致密均勻的結構。在200kHz時梯度BST膜的介電常數為371.9,介電損耗為0.017,在375kV/cm外電場下薄膜的剩余極化2Pr為3.06μC/cm2,矯頑場Er為23.7kV/cm,在3V電壓下薄膜的漏電流為1.76x10-6A/cm2左右。
　　 為了改善BST組分梯度薄膜與Pt電極的界面結構,提高薄膜的電學性能,在下梯度B

3、ST薄膜與Pt電極之間插入了幾種不同的緩沖層材料。實驗結果表明:BT緩沖層的生長溫度對BST梯度膜的電學性能影響比較明顯,BT的生長溫度為200℃時,界面最為平滑,有利于下梯度組分BST同質成核生長,XRD表現為(n00)取向生長,測得的梯度膜熱釋電系數較大(p=9.13×10-8C·cm-2.K-1),但介電性能不高。ZrO2和MgO緩沖層的厚度對下梯度組分BST薄膜電學性能影響比較明顯,ZrO2的厚度為6nm時,ZrO2薄膜的晶化得

4、到提高,能夠有效促進下梯度組分BST薄膜的生長,實驗測得BST組分梯度薄膜介電損耗比較小,但鐵電性能比較差;MgO的厚度為5nm時,有利于下梯度膜異質成核,XRD表現為(111)取向生長,測得梯度膜的介電常數和鐵電性能較好,但介電損耗較大,熱釋電性能較差。在BT(200℃)/MgO(5nm)復合緩沖層上沉積的下梯度組分BST薄膜晶粒分布均勻致密,尺寸較大,界面結構清晰,在測試頻率為200kHz時,介電常數為411.5,介電損耗為0.01

5、7,在375kV/cm外電場下薄膜的剩余極化為10.26μC/cm2,矯頑場Er為78kV/cm,在3V處電壓下薄膜的漏電流為6.95×10-8A/cm2,熱釋電系數為7.73×10-8C·cm-2.K-1,表明采用復合緩沖層可有效提高梯度BST薄膜的電學性能是可行的。
　　 鐵電薄膜的擇優(yōu)取向生長與襯底材料的晶體對稱性以及晶格常數密切相關。論文分別選用MgO、SrTiO3和LaA1O3單晶材料作為襯底,研究了襯底材料對薄膜結構