鋯鈦酸鉛薄膜中鐵彈疇的研究.pdf

1、鐵電材料具有優(yōu)越的介電性、鐵電性、壓電性、熱釋電性以及電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)等特性，Pb(Zr,Ti)O3作為最有前景的鐵電材料之一，已經(jīng)被廣泛研究并應(yīng)用于微機(jī)械系統(tǒng)、傳感器、鐵電存儲(chǔ)器等領(lǐng)域。但就現(xiàn)階段存儲(chǔ)器的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，需要更深入的探索，來(lái)突破和解決尺寸、能耗、成本等難題。其中Pb(Zr,Ti)O3薄膜中的疇結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生極大影響，因此對(duì)薄膜中疇結(jié)構(gòu)的研究和調(diào)控就顯得尤為重要。
　　本文首先采用脈沖激光沉積法在多種襯底上制備Pb

2、(Zr0.1Ti0.9)O3薄膜，隨后通過(guò)X射線衍射和掃描探針顯微鏡對(duì)薄膜樣品的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌以及疇結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。本文主要研究了三方面的內(nèi)容:
　　(1)高質(zhì)量異質(zhì)外延Pb(Zr0.1Ti0.9)O3薄膜的脈沖激光沉積法制備;
　　(2)Pb(Zr0.1Ti0.9)O3薄膜中鐵彈疇的形成機(jī)制及調(diào)控;
　　(3)疇結(jié)構(gòu)對(duì)Pb(Zr0.1Ti0.9)O3薄膜極化反轉(zhuǎn)的影響。具體內(nèi)容如下:
　　通過(guò)PLD制備高質(zhì)量

3、外延Pb(Zr0.1Ti0.9)O3薄膜時(shí)，需要將靶材制備、單晶襯底的濕化學(xué)處理以及薄膜的PLD生長(zhǎng)三個(gè)部分共同優(yōu)化。此時(shí)，可以制得具有平整表面界面、與襯底良好共格生長(zhǎng)、無(wú)明顯弛豫的外延Pb(Zr0.1Ti0.9)O3薄膜。
　　在(110)DyScO3和(001)SrTiO3襯底上，以SrRuO3為底電極和緩沖層，生長(zhǎng)不同厚度的Pb(Zr0.1Ti0.9)O3薄膜，分別表征其疇結(jié)構(gòu)。襯底類型和薄膜厚度會(huì)改變薄膜中的外延應(yīng)變，而表

4、征結(jié)果顯示只有在以(110)DyScO3為襯底并且薄膜厚度在一定范圍內(nèi)的Pb(Zr0.1Ti0.9)O3薄膜中，才會(huì)存在鐵彈疇。我們認(rèn)為，鐵彈疇受到薄膜中外延應(yīng)變的調(diào)控，鐵彈疇的形成可以弛豫薄膜中的應(yīng)變能。
　　在具有鐵彈疇的Pb(Zr0.1Ti0.9)O3薄膜中，通過(guò)施加電或者力進(jìn)行鐵電極化反轉(zhuǎn)時(shí)，可觀察到分步的反轉(zhuǎn)方式，即鐵彈疇是極化反轉(zhuǎn)的中間狀態(tài)。對(duì)比只存在c疇的Pb(Zr0.1Ti0.9)O3薄膜的極化反轉(zhuǎn)，其反轉(zhuǎn)過(guò)程中并

5、不會(huì)形成鐵彈疇。同時(shí)，結(jié)果顯示，具有鐵彈疇的薄膜完成極化反轉(zhuǎn)所需施加的電或者力都較小。我們認(rèn)為，鐵彈疇的存在可以降低極化反轉(zhuǎn)的矯頑場(chǎng)。
　　總之，本文對(duì)于Pb(Zr0.1Ti0.9)O3薄膜中鐵彈疇的研究使得鐵彈疇結(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)控成為可能，同時(shí)，高質(zhì)量外延Pb(Zr0.1Ti0.9)O3薄膜制備工藝的探索以及分步的極化反轉(zhuǎn)方式和鐵彈疇降低極化反轉(zhuǎn)矯頑場(chǎng)等現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，都對(duì)鐵電材料的進(jìn)一步研究和在存儲(chǔ)器等各方面的應(yīng)用具有十分重要的意義。