(Bi，Nd)-,4-(Ti，V)-,3-O-,12-鐵電薄膜的制備及薄膜印記失效分析.pdf

1、近年來(lái)，由于含鉛量較大的鐵電材料在制備和使用的過(guò)程中，都會(huì)給環(huán)境和人類(lèi)帶來(lái)?yè)p害。為了保護(hù)地球和人類(lèi)的生存空間，防止環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，世界各國(guó)的科技工作者正在抓緊研究少鉛或無(wú)鉛的壓電、鐵電材料。其中鉍層狀鈣鈦礦型（BLSF）鐵電薄膜由于其自發(fā)極化較大、抗疲勞性高、保持性好以及無(wú)鉛化學(xué)成分等優(yōu)點(diǎn)，可望替代鉛基材料成為新的鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器的專(zhuān)用材料。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)制備和理論計(jì)算的方法來(lái)探索BLSF鐵電薄膜的相關(guān)特性。
　　

2、在實(shí)驗(yàn)制備方面，采用化學(xué)溶液沉積法(CSD)在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制備出Nd3+/V5+共摻雜鈦酸鉍鐵電薄膜(Bi4-xNdx)(Ti3-yVy)O12，簡(jiǎn)記為BNTV，分別研究了退火溫度，釩摻雜含量對(duì)BNTV薄膜鐵電性及其電學(xué)性能的影響。用X射線衍射、掃描電子顯微鏡確定薄膜樣品的成分和微觀結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)BNTV薄膜的電滯回線(P-E)、電流－電壓特性(I-V)、電容－電壓特性(C-V)、抗疲勞性和電滯回線－頻率依賴(lài)關(guān)系進(jìn)行了

3、測(cè)量。結(jié)果表明BNTV薄膜的最佳退火溫度可達(dá)800°C，相對(duì)于BNT薄膜有所提高，可見(jiàn)釩摻雜對(duì)鉍元素的揮發(fā)有一定的抑制作用；實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)(Bi3.15Nd0.85)(Ti2.91V0.09)O12薄膜具有比BNT薄膜更低的漏電流（5.99×10-9 A @ 3V）和更好的抗疲勞特性。因?yàn)锽NTV薄膜中釩含量的變化會(huì)引起薄膜氧空位、空間電荷變化或發(fā)生晶格畸變，所以控制適量的釩摻雜可制備電學(xué)性能優(yōu)良的BNTV薄膜。
　　 在理論計(jì)算方

4、面，通過(guò)對(duì)薄膜中偶極子的統(tǒng)計(jì)分布函數(shù)進(jìn)行積分的方法，改進(jìn)經(jīng)典的Preisach模型，并修正由積分近似值引起的電滯回線的缺陷，用較少的參數(shù)仿真出的電滯回線擁有更飽滿(mǎn)、平滑和對(duì)稱(chēng)的形狀，與BLSF薄膜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。由于改進(jìn)的模型具有歷史電場(chǎng)效應(yīng)，可以方便、準(zhǔn)確地仿真薄膜的非飽和電滯回線，適用于鐵電電容的小信號(hào)模擬。引入Furukawa提出的方法對(duì)我們改進(jìn)的電滯回線模型數(shù)值求解電容率，得出電容率與電場(chǎng)的關(guān)系曲線，即蝴蝶回線。所得的蝴蝶回線在

5、零電場(chǎng)處的奇點(diǎn)比傳統(tǒng)定義的(ε=dP/dE) 要高，更接近實(shí)驗(yàn)真實(shí)曲線。因此改進(jìn)模型可以精確、快速地仿真電滯回線和蝴蝶回線，對(duì)鐵電存儲(chǔ)器及鐵電可調(diào)性器件的電路模擬和理論研究具有一定的應(yīng)用價(jià)值。
　　 另外，基于上述改進(jìn)的Preisach模型，通過(guò)擴(kuò)展單界面層的模型，建立起雙界面層模型來(lái)研究電滯回線的印記效應(yīng)。將上下界面層的非對(duì)稱(chēng)電導(dǎo)率做為聯(lián)系印記內(nèi)在原因和外在現(xiàn)象的中間參量，能很好地解釋電滯回線中矯頑場(chǎng)的增減，厚度尺寸與電滯回線