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钛酸锶钡(Ba1-xSrxTiO3,BST)薄膜因其具有良好的铁电、介电和热释电等性能,用途十分广泛,近年来受到人们的普遍关注。如何进一步提高BST薄膜的调谐率、降低介电损耗是目前该领域的研究热点之一。人们已采用多种方法可获得高性能的BST薄膜,其中化学溶液沉积(chemical solution deposition,CSD)法因其具有低成本、工艺简单、化学计量比准确、易于制备大面积薄膜等优点,被广泛应用于薄膜材料的制备。然而,用CSD方法制备的BST薄膜与物理沉积法(如脉冲激光沉积)获得的薄膜性能还有一定的差距。本论文通过优化CSD法制备工艺以及多层膜设计和K掺杂等方法,以提高BST薄膜的介电性能。具体内容如下:
1、BST薄膜制备工艺研究。研究了CSD过程中,前驱胶体中溶剂、匀胶参数、退火温度等参数对薄膜微结构及介电性能的影响。结果表明,以乙酰丙酮为溶剂制备得到的BST薄膜具有最优化的微结构,且在700℃退火温度时获得的BST薄膜具有最低的介电损耗。
2、采用CSD方法,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Ba0.7Sr0.3TiO3 BST0.7/Ba0.5Sr0.5TiO3BST0.5多层膜(BST0.7/0.5)n。观察到多层膜中有介电增强现象,可以用Maxwell-Wagner效应解释,与BST0.7和BST0.5单层膜相比,多层膜具有更大的介电常数和调谐率以及更低的介电损耗。当n=2时多层薄膜(BST0.7/0.5)2具有最优化的介电性能,其在0.2MHz频率下调谐率和介电损耗分别为.46％和0.025。
3、研究了K掺杂对Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜微结构和性能的影响。结果表明,掺入2% mol K后,薄膜的晶粒尺寸变大.且居里温度向高温方向移动。1MHz频率下薄膜的调谐率和介电损耗分别由未掺杂的26%和0.057变为48%和0.020,并对薄膜的机理进行了解释。