溶膠-凝膠法制備的鉻摻雜鈦酸鍶鉛薄膜的結構與電學性能研究.pdf

1、研究表明，在薄膜材料改性方面，元素摻雜和引入緩沖層是最常用且最有效的兩種方法。本論文根據(Pb,Sr)TiO3(PST)薄膜的特點，選擇Pb/Sr=1的鈦酸鍶鉛薄膜(Pb0.5Sr0.5)TiO3作為研究對象，研究了采用Cr3+離子摻雜和添加緩沖層兩種方法改善薄膜的電學性質，為(Pb0.5Sr0.5)TiO3薄膜在介電可調領域的應用進行了有益的嘗試。主要內容如下：
　　 1、采用溶膠-凝膠法，在以鎳酸鑭為底電極的Si襯底上制備了

2、0～8％Cr-PST50薄膜，研究了Cr摻雜量對薄膜結構和性能的影響。研究表明，制得的薄膜平整、光滑、致密、無裂紋；Cr的摻雜沒有破壞薄膜的鈣鈦礦結構和隨機取向特性；晶格常數亦沒有明顯的變化；介電常數隨著Cr摻雜量的增加而呈減小趨勢，在1 KHz條件下，介電常數從未摻雜的417降低到8％ Cr摻雜時的207；Cr-PST50薄膜的晶粒尺寸、介電可調率及優(yōu)值因子有隨Cr摻雜量先增大后減小的趨勢，Cr摻雜量為3％時薄膜的可調率和優(yōu)值因子分別

3、為61.3％、21.4，顯示出在介電可調領域較好的應用潛力；薄膜的剩余極化Pr值隨著Cr摻雜量的增大而減小，從未摻雜時的7.4μC/cm2降低至5％Cr摻雜時的2.0μC/cm2。
　　 2、采用溶膠-凝膠法，制備了以LNO、MgO、TiO2為緩沖層的3％Cr-PST50薄膜，研究了緩沖層對3％Cr-PST50薄膜結構和性能的影響。研究表明，薄膜均結晶完好，呈隨機取向的鈣鈦礦結構；以LNO為緩沖層的3％Cr-PST50薄膜的晶粒

4、尺寸最大，可能是鈣鈦礦結構的LNO與薄膜的結構相似，其晶格常數接近，能促進薄膜晶粒的生長；不同緩沖層上薄膜與Pt襯底上的薄膜相比，介電常數減小，這主要是由于引入的緩沖層介電常數較小所致，LNO緩沖層上的薄膜有最低的介電常數，可能是由于兩者間在熱處理過程中發(fā)生界面反應造成的；薄膜的介電可調率和優(yōu)值因子受晶粒尺寸和晶格常數的共同影響，其中以TiO2為緩沖層的薄膜和沒有添加緩沖層的薄膜的可調率和優(yōu)值因子稍大；同時，由于緩沖層的非鐵電性，薄膜的