LaNiO3襯底上鐵電薄膜材料的制備和性能研究.pdf

1、鐵電薄膜材料由于具有小的驅(qū)動(dòng)電壓、低成本和幾何圖形容易設(shè)計(jì)等特點(diǎn),在制備紅外探測和成像器件、聲吶探測器和鐵電存儲(chǔ)器等方面,已成為首選材料之一。本論文以鑭鈦酸鉛(PLT)鐵電薄膜材料為研究對(duì)象,以Pt金屬電極、鎳酸鑭(LaNiO3)氧化物電極為下電極材料,制備了具有擇優(yōu)取向的鐵電薄膜。研究了LaNiO3襯底上鑭鈦酸鉛鐵電薄膜的制備、結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能,主要內(nèi)容如下:
　　1、以硝酸鑭(La(NO3)3)和醋酸鎳(Ni(CH3COO)2)

2、為原料,以冰醋酸和水為溶劑,甲酰胺為添加劑,在Si(100)基片上,通過MOD法,制備出LaNiO3(LNO)薄膜。經(jīng)XRD分析表明,在600℃和650℃退火處理?xiàng)l件下制備的LNO薄膜均為(100)擇優(yōu)取向的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。SEM表明在600℃退火處理?xiàng)l件下LNO的粒晶尺寸在20～30nm之間;在650℃退火處理?xiàng)l件下LNO的粒晶尺寸在35～60nm之間。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)四探針法測試表明,制備的LNO薄膜在室溫下的電阻率為6.5×10-4Ω·cm。<

3、br>　　2、以為醋酸鑭(La(CH3COO)3·1.5H2O)、鈦酸四丁脂(Ti[O(CH2)3CH3]4)和乙酸鉛(Pb(CH3COO)2·3H2O)為原料,以乙酰丙酮為熬合劑,乙二醇甲醚為溶劑,采用溶膠-凝膠法,制備出PLT(90/10)溶膠。以Pt/Ti/SiO2/Si為襯底,采用快速熱處理和常規(guī)退火相結(jié)合的方式,制備出PLT(90/10)鐵電薄膜。PLT(90/10)鐵電薄膜經(jīng)600℃退火處理后為純的鈣鈦礦結(jié)構(gòu),晶面以(110

4、)擇優(yōu)取向。制備的PLT(90/10)鐵電薄膜的表面比較平整,顆粒大小比較均勻、分布比較致密。在600℃常規(guī)退火處理的條件下PLT(90/10)鐵電薄膜平均粒徑為40nm;在650℃常規(guī)退火處理的PLT(90/10)鐵電薄膜平均粒徑為60nm。薄膜的介電常數(shù)相對(duì)較小,而且隨著頻率的而下降,介電損耗也相對(duì)較小,在10kHz時(shí)介電常數(shù)為232,介電損耗為0.021。制備的PLT(90/10)鐵電薄膜均具有良好的鐵電性。在1kHz測試頻率下,

5、測得剩余極化強(qiáng)度Pr在600℃以及650℃退火溫度下在Pt/Ti/SiO2/Si襯底上分別為33.5,40.3μC·cm-2,矯頑場分別為43.5,45.0kV·cm-1。
　　3、以LNO/Si(100)為襯底,采用快速熱處理和常規(guī)退火相結(jié)合的方式,制備出PLT(90/10)鐵電薄膜經(jīng)XRD結(jié)構(gòu)分析,PLT(90/10)鐵電薄膜經(jīng)600℃退火處理后,微觀結(jié)構(gòu)均為純的鈣鈦礦結(jié)構(gòu),且以(100)擇優(yōu)取向。經(jīng)場發(fā)射SEM分析表明,所制

6、備的PLT鐵電薄膜的致密性良好,晶粒分布均勻。在650℃常規(guī)退火處理?xiàng)l件下晶粒的平均粒徑為160nm。在600℃常規(guī)退火處理?xiàng)l件下晶粒的平均粒徑為100nm左右。經(jīng)AFM分析表明,以LNO/Si(100)為襯底的薄膜在650℃下常規(guī)退火處理?xiàng)l件下均方根面粗糙度Rms=6.925nm。在600℃下常規(guī)退火處理?xiàng)l件下均方根面粗糙度Rms=5.701nm。經(jīng)介電頻譜分析表明,以LNO/Si(100)為襯底的PLT薄膜的介電常數(shù)在10kHz時(shí)為