摻雜SrBi-,4-Ti-,4-O-,15-薄膜鐵電性能研究.pdf

1、本論文著重于SrBi4Ti4O15(SBTi)層狀鈣鈦礦鐵電薄膜的制備及其摻雜薄膜材料的微結(jié)構(gòu)、鐵電、疲勞性能的研究。這些研究對于指導(dǎo)設(shè)計有實用性能的用于非易失性鐵電隨機存儲器的新型鐵電材料有一定的指導(dǎo)作用。 運用sol-gel技術(shù)在Si/SiO2/Ti/Pt基片上制備了性能優(yōu)良的SBTi鐵電薄膜材料。X射線衍射、掃描電子環(huán)境和原子力顯微鏡分析表明了所沉積的薄膜具有良好的結(jié)晶學和表面形貌，沒有第二相的存在。sol-gel制備的S

2、BTi非晶薄膜在650℃時開始晶化，700℃晶化完成，晶粒開始長大，是多晶自然取向。750℃以上具有較好的鐵電性能，此時晶粒呈柱狀，其徑向尺寸約為500-600nm。RT6000HVS和RT66A測試SBTi薄膜的鐵電性能顯示，在317kV/cm的外電場下，其剩余極化(2Pr)和矯頑場(Ec)分別為25.3μC/em2和124.3kV/cm，且材料的抗疲勞性能較好。 對不同La摻雜含量的SBTi(SrBi4-xLaxTi4O15

3、，x=0.00，0.10，0.25)薄膜的鐵電測試結(jié)果顯示，適當?shù)膿诫s量能有效改善SBTi的鐵電性能。摻雜量為0.10時，2Pr達到極大值，為46.0μC/cm2，比未摻雜時增加了近兩倍。這與La摻雜SBTi陶瓷樣品在x=0.25時2Pr達到極大值不相一致，這可能是由于SrBi4-xLaxTi4O15(x=0.25)薄膜的較高的c取向有關(guān)。 在SBTi中，Sr欠量Bi過量形成Sr1-xBi4+2x/3Ti4O15(x=0.2)薄

4、膜樣品可以使材料的剩余極化明顯提高。由介溫譜可知，摻雜后材料的介電峰向高溫方向移動。因此，材料鐵電性能的提高，主要是晶格畸變增大、缺陷濃度降低以及薄膜b取向的增加三方面的結(jié)果。 高價陽離子(V5+)摻雜SBTi薄膜，在提高材料的鐵電性能的同時，更能極大地提高薄膜樣品低頻下的抗疲勞性能。在50kHz頻率及200kV/cm外電場下，經(jīng)過2.2×109次翻轉(zhuǎn)后，Pnv沒有變化，表現(xiàn)出優(yōu)良的抗疲勞性能。 在A位用La3+取代Bi

5、3+能極大地提高剩余極化值，而B位用V5+摻雜替代Ti4+在增加Pr的同時，主要提高了抗疲勞性能，所以，我們制備了La、V共摻SBTi薄膜，不僅具有極大地剩余極化(2Pr達到46.7μC/cm2)，同時抗疲勞性能優(yōu)良。 本文還采用so1-gel方法制備了共生結(jié)構(gòu)Bi4Ti3O12-SrBi4Ti44O15薄膜，并對其結(jié)構(gòu)、性能進行了研究。發(fā)現(xiàn)形成共生結(jié)構(gòu)后，剩余極化大于兩種組成結(jié)構(gòu)的任一種，并且抗疲勞及保持性能較好。結(jié)合摻雜和共