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随着微电子和光电子等技术领域对铁电元器件需求的增加,新型铁电薄膜材料特别是无铅铁电薄膜成为材料研究学者们关注的热点。二钛酸钡(BaTi2O5)作为一种新型的无铅铁电材料,拥有良好的综合性能:高居里温度、沿b轴的介电常数高、损耗低。相比于制备BaTi2O5单晶或陶瓷,BaTi2O5薄膜在制备成本和工艺选择方面更有优势,薄膜材料也更符合器件制备的需求。本论文采用溶胶-凝胶法制备BaTi2O5薄膜,探索前驱体浓度、预处理温度、薄膜厚度、基板种类对薄膜生长状况的影响。基于BaTi2O5材料本身的剩余极化值较小,对BaTi2O5薄膜进行掺杂改性,在Pt(111)/Ti/SiO2/Si基板上分别制备Ba1-xCaxTi2O5,Ba1-xSrxTi2O5和BaFexTi2-xO5薄膜,研究不同掺杂种类和掺杂量对薄膜结构、介电性能和铁电性能的影响。主要研究内容及结果如下:1.采用溶胶-凝胶法制备了稳定的前驱体溶胶,获得了配制纯相、掺杂溶胶和薄膜热处理的工艺条件。分别在Pt(111)/Ti/SiO2/Si,Nb:SrTiO3(100)和MgO(100)基板制备了纯相的BaTi2O5薄膜,MgO(100)基板上生长的薄膜致密度更高,在Pt(111)/Ti/SiO2/Si和Nb:SrTiO3(100)基板上制备的薄膜的剩余极化值和矫顽场都随着外加电场的增加而增加,当外加电场约为250 kV/cm时,两种薄膜的剩余极化值(2Pr)分别为0.61μC/cm2和1.41μC/cm2。在Pt(111)/Ti/SiO2/Si基板上制备的薄膜的介电常数小于在Nb:SrTiO3(100)基板上制备的BaTi2O5薄膜。2.采用溶胶凝胶法在Pt(111)/Ti/SiO2/Si基板上制备了Ca掺杂的薄膜Ba1-xCaxTi2O5(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)。随着Ca掺杂含量的增大,薄膜的剩余极化值2Pr及矫顽场2Ec值都逐渐增大;当x=0.03时有最大的剩余极化强度2Pr(Ba0.97Ca0.03Ti2O5)=1.36μC/cm2,介电常数达到最大值约为210(1 MHz)。在相同的工艺条件下制备了Sr掺杂的Ba1-xSrxTi2O5(x=0,0.005,0.01,0.02,0.05)薄膜。当x=0.02时薄膜有最大的剩余极化强度,2Pr=1.00μC/cm2,此时薄膜的介电常数达到最大,约为78(1 MHz)。3.制备了Fe掺杂的BaFexTi2-xO5薄膜。当铁掺杂的摩尔百分数为0.8%时,薄膜的压电性能更好,薄膜有最大的剩余极化值2Pr=1.68μC/cm2,介电常数达到最大值约为175(1 MHz)。