溶膠-凝膠法制備新型BaTi2O5鐵電薄膜及性能研究.pdf

1、鐵電元器件的不斷集成化、功能化對鐵電薄膜材料的研究和應用提出了新的要求，制備出新型高品質鐵電薄膜材料并對其性能進行研究以揭示其鐵電性能與組成、結構等的相關性具有重要理論和實際應用價值。
　　 本文對新型BaTi2O5(BT2)鐵電薄膜材料的制備、生長機理、性能等進行研究，探索了材料結構與性能的相關性，主要研究內容如下：
　　 1.采用溶膠-凝膠法，通過對溶膠配制過程的優(yōu)化、薄膜退火工藝的探索、薄膜厚度的有效控制等重要環(huán)節(jié)

2、進行調控，獲得了制備(020)取向生長的BT2薄膜材料的關鍵技術。溶膠配制過程中，各催化劑的用量、溶劑和原料溶解順序等因素對溶膠穩(wěn)定性影響較大；制定了兩步退火工藝，有效的克服了有機物熱解、鐵電相形成、薄膜開裂之間的矛盾；在此基礎上，發(fā)展了層層退火這種優(yōu)化的熱處理工藝，發(fā)現晶化層和襯底誘導生長的重要作用，實現了取向性BT2薄膜的可控生長。
　　 2.采用PFM對BT2鐵電薄膜的電疇、極化反轉及納米尺度壓電性能進行了研究、分析。薄膜

3、的壓電響應圖OPP(Pz)和IPP(Px、Py)中復雜疇襯度可歸因為晶粒的不同結晶取向和疇排列所致，多為偏離Pz、Px和Py方向的復雜鐵電疇構成；鐵電疇呈現了非對稱反轉現象，這是由于BT2薄膜中內建電場以及探針與薄膜表面機械應力的效應導致；原位電壓-位移特性(壓電性能)呈現出典型的“蝴蝶曲線”形態(tài)。這些研究結果證實所制備的BT2薄膜具有明顯的鐵電性及壓電響應特性。
　　 3.研究了不同取向生長的BT2薄膜的電性能。(020)取向

4、生長的BT2薄膜達到飽和狀態(tài)時，2Pr=6μC/cm2、2Ec=50kV/cm；介電偏壓特性曲線研究發(fā)現，BT2薄膜呈現具有‘雙峰’特征的C-V曲線，并計算出隨機取向、部分(020)取向和(020)取向生長BT2薄膜電容調諧率分別為5％、16％和38％。以上結果表明，隨著(020)取向度的提高，薄膜鐵電性能逐漸提高。介電性能研究表明，取向生長對BT2薄膜的介電性能影響較大，(020)取向生長的BT2具有較大的介電常數和較小的損耗。

5、>　　 4.對(020)取向生長的BT2薄膜漏電流機制進行了研究。通過對BT2薄膜I-t曲線的測試，制定出記錄漏電流值的合理時間。(020)取向生長的BT2薄膜漏電流機制研究結果表明，在所測電場(<250kV/cm)范圍、所給溫度(298-368K)范圍內，低電場時(<125kV/cm)占主導地位的漏電流機制為歐姆電導；高電場時(>125kV/cm)占主導地位的漏電流機制為分布能級的SCLC電導、電子遷移率μ=2.6×10-7cm2·