(Bi，Nd)-,4-(Ti，V)-,3-O-,12-鐵電薄膜的制備及薄膜印記失效分析.pdf

1、近年來，由于含鉛量較大的鐵電材料在制備和使用的過程中，都會給環(huán)境和人類帶來損害。為了保護地球和人類的生存空間，防止環(huán)境污染，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標，世界各國的科技工作者正在抓緊研究少鉛或無鉛的壓電、鐵電材料。其中鉍層狀鈣鈦礦型（BLSF）鐵電薄膜由于其自發(fā)極化較大、抗疲勞性高、保持性好以及無鉛化學成分等優(yōu)點，可望替代鉛基材料成為新的鐵電隨機存儲器的專用材料。本文通過實驗制備和理論計算的方法來探索BLSF鐵電薄膜的相關(guān)特性。
　　

2、在實驗制備方面，采用化學溶液沉積法(CSD)在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制備出Nd3+/V5+共摻雜鈦酸鉍鐵電薄膜(Bi4-xNdx)(Ti3-yVy)O12，簡記為BNTV，分別研究了退火溫度，釩摻雜含量對BNTV薄膜鐵電性及其電學性能的影響。用X射線衍射、掃描電子顯微鏡確定薄膜樣品的成分和微觀結(jié)構(gòu)，同時對BNTV薄膜的電滯回線(P-E)、電流－電壓特性(I-V)、電容－電壓特性(C-V)、抗疲勞性和電滯回線－頻率依賴關(guān)系進行了

3、測量。結(jié)果表明BNTV薄膜的最佳退火溫度可達800°C，相對于BNT薄膜有所提高，可見釩摻雜對鉍元素的揮發(fā)有一定的抑制作用；實驗中發(fā)現(xiàn)(Bi3.15Nd0.85)(Ti2.91V0.09)O12薄膜具有比BNT薄膜更低的漏電流（5.99×10-9 A @ 3V）和更好的抗疲勞特性。因為BNTV薄膜中釩含量的變化會引起薄膜氧空位、空間電荷變化或發(fā)生晶格畸變，所以控制適量的釩摻雜可制備電學性能優(yōu)良的BNTV薄膜。
　　 在理論計算方

4、面，通過對薄膜中偶極子的統(tǒng)計分布函數(shù)進行積分的方法，改進經(jīng)典的Preisach模型，并修正由積分近似值引起的電滯回線的缺陷，用較少的參數(shù)仿真出的電滯回線擁有更飽滿、平滑和對稱的形狀，與BLSF薄膜的實驗結(jié)果相符。由于改進的模型具有歷史電場效應，可以方便、準確地仿真薄膜的非飽和電滯回線，適用于鐵電電容的小信號模擬。引入Furukawa提出的方法對我們改進的電滯回線模型數(shù)值求解電容率，得出電容率與電場的關(guān)系曲線，即蝴蝶回線。所得的蝴蝶回線在

5、零電場處的奇點比傳統(tǒng)定義的(ε=dP/dE) 要高，更接近實驗真實曲線。因此改進模型可以精確、快速地仿真電滯回線和蝴蝶回線，對鐵電存儲器及鐵電可調(diào)性器件的電路模擬和理論研究具有一定的應用價值。
　　 另外，基于上述改進的Preisach模型，通過擴展單界面層的模型，建立起雙界面層模型來研究電滯回線的印記效應。將上下界面層的非對稱電導率做為聯(lián)系印記內(nèi)在原因和外在現(xiàn)象的中間參量，能很好地解釋電滯回線中矯頑場的增減，厚度尺寸與電滯回線