铁/压电材料在现代新型微电子器件设计中的地位非常重要。从第二次世界大战以来,对于这一材料体系的探索一直处在高科技先进材料研究的最前沿。然而,大量铅基铁/压电材料的使用导致了严峻的环境问题,而且有毒铅对人类的身体健康也造成了极大的危害。因此,发展高性能无铅铁/压电材料已然变得非常迫切。这其中,铌酸钾钠(KNN)基材料就是目前研究比较火热的无铅铁/压电材料之一。KNN基铁/压电体由于其陶瓷具有超强压电性以及高居里温度而被科研者们所青睐,一直以来,它一直被认为有望取代铅基铁/压电体。然而,到目前为止,KNN基薄膜的制备却一直困难重重,尽管现代薄膜制备工艺发展迅猛。KNN基薄膜沉积过程中,碱金属离子的易挥发性会造成A位元素缺失,在薄膜内部产生大量缺陷,此外,薄膜制备过程中还会出现杂相,这将会严重影响薄膜的电性能和温度稳定性,并导致漏电流增大。这些不足对KNN基薄膜的应用产生很大的影响。而且,随着新型高科技电子器件的微型化,高性能KNN基铁/压电薄膜的探索将会迎来新的机遇和挑战。本论文主要致力于KNN基铁电薄膜结构和电性能的相关研究,论文总共分为以下七章:第一章 作为本文的绪论,我们首先回顾了KNN基材料的相关研究背景知识,其中分别包含KNN基陶瓷和薄膜的研究历程,以及性能优化的方法。其次介绍了一种垂直异质外延(VHN)结构,并简述一下其在厚膜性能调控上的一些应用。第二章 本章是实验部分,主要介绍了样品的制备和表征手段。第三章 使用La0.67Sr0.33MnO3作为底电极,在KNN基铁电薄膜实现强铁电性和超高居里温度(TC)。通过MnO2和CaZrO3共掺杂,在(K0.49Na0.49Li0.02)(Nb0.8Ta0.2)O3薄膜内部引入VHN结构,这使得KNN基薄膜在垂直方向受到应力作用的影响,从而在KNN基复杂组分薄膜中获得强铁电性以及高TC。这其中,CaZrO3是VHN结构形成的诱因,而MnO2的掺入对VHN结构的形成起到促进作用。KNN基薄膜的强铁电性的实现为其取代铅基铁电材料又向前推进了一大步。第四章 我们通过外延应变的方法,在KNN基铁电薄膜的实现电性能和相变的调控。我们选用La0.07Sr0.93SnO3(LSSO)和SrRuO3(SRO)作为生长KNN基薄膜异质结的底电极。LSSO和SRO分别对上层KNN基薄膜提供面内拉应力和压应力。结果我们发现,外延应变能很好地调控实验中的KNN基薄膜的电性能和相变行为。第五章 这部分内容我们研究了中子辐照对KNN基无铅铁电薄膜电性能的影响。KNN基铁电薄膜除了满足常规环境下的基本使用条件外,还必须能够满足特殊环境下的应用。因此,这部分我们选用金属和氧化物电极作为KNN基薄膜异质结的顶电极,分别去研究它们抗中子辐照的能力。结果发现,使用氧化物电极,KNN基薄膜抗中子辐照能力更强。第六章 这部分我们从光学的角度上去探索和研究KNN基薄膜的光学特性以及电性能,并对其在透明器件上的应用提供实验支撑。第七章 我们对本论文实验部分的研究成果进行了总结。