高性能ZnO、CCTO和ZnO/CCTO复合薄膜的制备和性能研究

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本文通过溶胶-凝胶法制备高性能ZnO薄膜、CCTO薄膜和ZnO/CCTO复合薄膜,采用X射线衍射、扫描电子显微镜、原子力显微镜和X射线电子能谱等技术对薄膜的成份和微观形态进行了分析。采用直流压敏电阻参数仪和4294A阻抗分析仪对薄膜的压敏性能和介电性能进行了检测和分析。首先研究了Sc2O3掺杂和Sc2O3梯度掺杂对ZnO压敏薄膜显微组织和电性能的影响。研究结果发现:(1)当Sc掺杂量小于或等于0.2 mol%时,晶粒尺寸随掺杂量的增加而增大,当Sc掺杂量大于0.2 mol%时,ZnO晶粒尺寸降低,电位梯度与晶粒尺寸变化趋势相反。当Sc掺杂量为0.4 mol%时,非线性系数高达到3.7;(2)Sc上梯度掺杂ZnO薄膜,非线性系数高达6.8,漏电流仅为109μA,电位梯度VT为27.32 V/mm,比下梯度膜具有更优异的综合电性能。其次研究了SrO掺杂和SrO梯度掺杂对CCTO介电薄膜显微组织和电性能的影响。研究结果发现:(1)Sr掺杂Ca1-xSrxCu3Ti4O12薄膜中,当x=0.05时,薄膜的介电常数升到了4000,比未掺杂的CCTO薄膜的介电常数高,且在所测频率范围内保持较好的频率稳定性;(2)下梯度薄膜LDT的低频介电常数最高达3800,且随频率的增加仅有缓慢的下降趋势,有较好的频率稳定性,介电损耗为0.03,SrO掺杂CCTO下梯度薄膜的综合电性能比上梯度膜的综合电性能更优异。最后研究了Zn O和CCTO复合薄膜的电性能以及Sc2O3和SrO梯度掺杂对Zn O/CCTO复合薄膜的显微组织和电性能的影响。研究结果发现:(1)CCTO薄膜可以在ZnO薄膜生长良好,复合薄膜可以获得比单一CCTO薄膜更高的介电常数和更低的介电损耗,而且复合薄膜的压敏性能也比单一CCTO薄膜高,ZnO/CCTO复合薄膜的非线性系数为2.1,漏电流为495μA,电位梯度为42.3 V/mm,介电常数高达4000;(2)ZnO上梯度膜和CCTO下梯度膜复合薄膜的晶粒尺寸最大,其他样品晶粒尺寸相当,低频介电常数高达4000,非线性系数为2.4,漏电流为447μA,非线性系数比非梯度掺杂ZnO/CCTO复合薄膜的非线性高,漏电流比非梯度掺杂ZnO/CCTO复合薄膜的漏电流低。ZnO上梯度和CCTO下梯度复合薄膜的电容-压敏性能最优。
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