溶膠凝膠法制備鎂摻雜鈦酸鍶鉛和銀摻雜鋯鈦酸鉛薄膜及其介電性能研究.pdf

1、鈣鈦礦相鐵電薄膜具有優(yōu)異的鐵電、介電、介電可調(diào)和光學(xué)等性能，在隨機(jī)存儲(chǔ)器、介電元器件、可調(diào)器件和光學(xué)元器件中具有廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)和前景。本文以典型的A位和B位摻雜PbTiO3(PT)的(Pb,Sr)TiO3(PST)和Pb(Zr,Ti)O3(PZT)薄膜為研究對(duì)象，通過(guò)分析摻雜、取向和形成滲流型結(jié)構(gòu)等手段對(duì)薄膜形成和性能的影響，探索薄膜性能改善的機(jī)理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過(guò)溶膠凝膠法制備Mg摻雜的Pb0.35Sr0.65T

2、iO3薄膜，將 Mg離子引入PST薄膜中進(jìn)行B位摻雜取代Ti形成缺陷，通過(guò)使得Ti4+變價(jià)為T(mén)i3+形成缺陷，有效地降低了薄膜內(nèi)氧空位的含量，同時(shí)，薄膜體系中的缺陷還可以與氧空位形成~缺陷偶極子對(duì)，對(duì)氧空位的自由遷移形成有效的束縛，大大降低了氧空位的遷移能力，從而降低了薄膜的介電損耗。當(dāng)Mg摻雜含量為6mol％時(shí)， PST薄膜的介電損耗與純PST薄膜相比降低了30%。⑵利用溶膠凝膠法制備Ag摻雜的PbZr0.52Ti0.48O3薄膜，通

3、過(guò)引入過(guò)量的銀離子，其中一部分摻雜進(jìn)入 PZT晶格從而降低由于鉛揮發(fā)形成的缺陷，提高了薄膜的結(jié)晶性能。利用銀鉛二元共晶體系的特性，控制另一部分銀離子與鉛離子在熱處理前期形成了Ag-Pb合金亞穩(wěn)過(guò)渡相，并在隨后的熱處理過(guò)程逐漸分解形成了納米銀顆粒，解決了 PZT薄膜結(jié)晶能力弱而難以在其中形成納米銀的問(wèn)題，并形成了摻雜 Ag/PZT薄膜的滲流結(jié)構(gòu)體系，薄膜的介電常數(shù)有了顯著的提高，滲流型Ag/PZT薄膜的介電常數(shù)比純PZT的介電常數(shù)高出23

4、0%。同時(shí)，薄膜中納米銀增強(qiáng)了薄膜內(nèi)部電場(chǎng)，降低了薄膜高介電可調(diào)性和鐵電性所需的調(diào)制電壓。在獲得相同性能的情況下，滲流型Ag/PZT薄膜的的介電可調(diào)調(diào)制電壓和矯頑場(chǎng)比純PZT薄膜的分別低45%和29%。⑶在取向PT的基板上制備取向PZT的過(guò)程中，在體系中引入銀離子，由于在取向PT上誘導(dǎo)取向PZT形成時(shí)，PZT的結(jié)晶能低，能迅速結(jié)晶形成致密的基體，對(duì)Ag的擴(kuò)散形成強(qiáng)的阻礙作用，降低了Ag的擴(kuò)散速率，從而在取向PZT中形成了納米銀顆粒，在取