Ba(Fe1-2Nb1-2)O3基薄膜的PLD生長、結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、Ba(Fe1/2Nb1/2)O3陶瓷是重要的巨介電材料，關(guān)于其特殊介電行為的物理本質(zhì)一直存在爭議，是否具有鐵電性更是爭論的焦點(diǎn)。本研究利用脈沖激光沉積法在Pt/TiO2/SiO2/Si基片上制備Ba(Fe1/2Nb1/2)O3基復(fù)合鈣鈦礦薄膜，深入探討了生長條件對(duì)Ba(Fe1/2Nb1/2)O3薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌和物理性能的影響，通過對(duì)微區(qū)結(jié)構(gòu)的研究和分析，揭示了Ba(Fe1/2Nb1/2)O3薄膜鐵電性的微結(jié)構(gòu)根源，為其介電弛豫

2、提出了新的本征物理機(jī)制。
　　 X射線衍射(XRD)數(shù)據(jù)顯示，Ba(Fe1/2Nb1/2)O3多晶薄膜具有比塊體樣品大的晶胞參數(shù)。并且隨著沉積氧分壓的降低，其晶胞參數(shù)不斷增大。通過不同衍射峰計(jì)算得到的平均晶胞參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差也不斷增大，證明Ba(Fe1/2Nb1/2)O3多晶薄膜可能存在一定程度的晶格畸變，并且隨著沉積氧分壓的減小，晶格畸變?cè)龃?。同時(shí)，沉積條件對(duì)薄膜的表面形貌也有顯著地影響，升高沉積溫度和降低沉積氧分壓都能使晶粒發(fā)

3、生明顯增大。
　　 在室溫下，Ba(Fe1/2Nb1/2)O3多晶薄膜具有明顯的電滯回線與相應(yīng)的蝶形C-V回線，證明其在室溫下具有一定的鐵電性。隨著沉積氧分壓的升高，其剩余極化強(qiáng)度減小。氧氣氛退火處理對(duì)其鐵電性也有明顯的抑制作用。123 K時(shí)，Ba(Fe1/2Nb1/2)O3多晶薄膜具有近似飽和的電滯回線，且其對(duì)應(yīng)的電流-電壓曲線具有寬展的峰，證實(shí)了鐵電疇反轉(zhuǎn)對(duì)極化的貢獻(xiàn)。Ba(Fe1/2Nb1/2)O3多晶薄膜的介電弛豫與陶瓷

4、塊體類似，在100-400 K的溫度范圍內(nèi)存在熱激活的介電弛豫，且伴隨強(qiáng)烈的頻率色散。此外，其介電常數(shù)平臺(tái)的數(shù)值受沉積條件的影響顯著，較高沉積溫度下制備的Ba(Fe1/2Nb1/2)O3多晶薄膜在室溫(298 K)，10 kHz下的介電常數(shù)可達(dá)2495，對(duì)應(yīng)的介電損耗約8％。
　　 Ba(Fe1/2Nb1/2)O3-BaTiO3固溶體及Ba(Fe1/2Nb1/2)O3多晶薄膜拉曼光譜的研究提供了Ba(Fe1/2Nb1/2)O3局

5、域?qū)ΨQ性破缺與成分漲落的微結(jié)構(gòu)證據(jù)，而這種局域?qū)ΨQ性破缺便是其鐵電性的微結(jié)構(gòu)根源。Ba(Fe1/2Nb1/2)O3在高波數(shù)區(qū)存在明顯的拉曼峰的分裂現(xiàn)象，證明存在微區(qū)成分不均勻性，即微區(qū)存在Nb富集區(qū)和Fe富集區(qū)。由成分不均引起的局域?qū)ΨQ性破缺很可能是引起B(yǎng)a(Fe1/2Nb1/2)O3鐵電性的結(jié)構(gòu)根源。此外，Ba(Fe1/2Nb1/2)O3薄膜的拉曼光譜顯示，高波數(shù)區(qū)拉曼峰的半高寬隨沉積氧分壓的降低而減小，證明氧空位對(duì)產(chǎn)生微區(qū)成分起伏具

6、有推動(dòng)作用。
　　 Ba[(Fe1/2Nb1/2)0.1Ti0.9]O3薄膜在200-350 K之間存在三個(gè)介電異常。首先在略高于室溫處有一個(gè)微弱的介電弛豫過程。室溫附近，Ba[(Fe1/2Nb1/2)0.1Ti0.9]O3薄膜具有一個(gè)彌散的鐵電相變峰。與陶瓷塊體相比，其鐵電居里溫度向高溫方向移動(dòng)了約30 K。彌散相變溫度以下，又出現(xiàn)一個(gè)具有明顯頻率色散的介電弛豫。這一介電弛豫可能與沿其它極化方向的鐵電微疇的形成有關(guān)。電滯回線的