溶膠-凝膠法制備鈦酸鍶鋇基鐵電薄膜的性能研究.pdf

1、(Sr,Ba)TiO3薄膜在DRAM、相位移器、熱釋電探測器等領(lǐng)域的應(yīng)用前景已成為國內(nèi)外材料研究的主要領(lǐng)域之一。本文以Ba(OAc)2，Sr(OAc)2.1/2H2O和Ti(OC4H9)4為主要前驅(qū)化合物，采用Sol-Gel技術(shù)制備了光滑均一的BST薄膜，研究了退火溫度、摻雜元素以及襯底對BST薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律。 采用Pt/TiO2/SiO2/Si結(jié)構(gòu)能穩(wěn)定Pt電極，當(dāng)升/降溫速度為0.5-1℃/min，保溫時(shí)間為1小時(shí)

2、時(shí)，薄膜的表面顆粒分布均勻、無裂紋、孔洞少。退火溫度為750℃時(shí)，BST薄膜轉(zhuǎn)化為完整的ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，薄膜表面平滑致密，顆粒發(fā)育完整、尺寸較大，存在微疇區(qū)域，且薄膜的介電性能最佳。 微量元素鎂、錳(其摻量范圍為0.000-0.100mol)摻加到BST中制備的薄膜表面光滑平整、無缺陷裂紋。且微量元素鎂、錳提高了BST薄膜的介電常數(shù)εr，降低了其介電損耗tanδ，且隨著微量元素添加量的增加，最大介電常數(shù)溫度點(diǎn)Tm逐漸移向低

3、溫，介電常數(shù)峰的半高寬增加，呈現(xiàn)較強(qiáng)的彌散相變特征。只有當(dāng)適量的微量元素存在時(shí)，薄膜的介電常數(shù)得到明顯的提高，當(dāng)測試頻率為1KHz，Mg元素的摻量為0.100mol時(shí)，薄膜Sr05Ba04Mg0.1TiO3的εr、tanδ分別為55，0.06，優(yōu)于其它Mg摻雜量的薄膜。Mn的摻加大大降低了薄膜的Tm溫度，0.100mol的Mn元素使Sr05Ba0.5TiO3薄膜的Tm從304K降低到272K。微量元素取代Ba2+后形成了不同的缺陷類型及

4、濃度，影響了退火處理時(shí)離子的擴(kuò)散速率、晶粒的生長以及偶極子的形成及極化，呈現(xiàn)出性質(zhì)的差別。 SrTiO3襯底具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)與BST薄膜相匹配，且具有極好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性。Nb：SrTiO3(100)襯底上和純SrTiO3(100)襯底上制備的BST薄膜的主要衍射峰為(100)、(200)，薄膜的(100)面是沿著Nb：SrTiO3(100)、SrTiO3(100)面外延生長的。Nb：SrTiO3(100)襯底上制備的S

5、r0.5Ba0.4Mg0.1TiO3薄膜在測試頻率為1M時(shí)，介電常數(shù)、損耗因子分別為100、0.0191，比同條件下Pt/TiO2/SiO2/Si襯底上的Sr0.5Ba0.4Mg0.1TiO3(εr=50，tanδ=0.054)薄膜的介電性能要好。 用高分辨率透射電鏡研究了Sr0.5Ba0.5TiO3薄膜的鐵電微疇結(jié)構(gòu)，疇的寬度估計(jì)在1-2nm，晶格條紋整體上貫穿疇區(qū)與非疇區(qū)。測試條件為1000Hz、20V時(shí)，Sr0.5Ba0.