BaTi2O5薄膜的制備與摻雜改性.pdf

1、隨著微電子和光電子等技術(shù)領(lǐng)域?qū)﹁F電元器件需求的增加，新型鐵電薄膜材料特別是無鉛鐵電薄膜成為材料研究學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)。二鈦酸鋇(BaTi2O5)作為一種新型的無鉛鐵電材料，擁有良好的綜合性能:高居里溫度、沿b軸的介電常數(shù)高、損耗低。相比于制備BaTi2O5單晶或陶瓷，BaTi2O5薄膜在制備成本和工藝選擇方面更有優(yōu)勢，薄膜材料也更符合器件制備的需求。本論文采用溶膠-凝膠法制備BaTi2O5薄膜，探索前驅(qū)體濃度、預(yù)處理溫度、薄膜厚度、基板種

2、類對薄膜生長狀況的影響。基于BaTi2O5材料本身的剩余極化值較小，對BaTi2O5薄膜進(jìn)行摻雜改性，在Pt(111)/Ti/SiO2/Si基板上分別制備Ba1-xCaxTi2O5，Ba1-xSrxTi2O5和BaFexTi2-xO5薄膜，研究不同摻雜種類和摻雜量對薄膜結(jié)構(gòu)、介電性能和鐵電性能的影響。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　1.采用溶膠-凝膠法制備了穩(wěn)定的前驅(qū)體溶膠,獲得了配制純相、摻雜溶膠和薄膜熱處理的工藝條件。分別在Pt

3、(111)/Ti/SiO2/Si, Nb:SrTiO3(100)和MgO(100)基板制備了純相的 BaTi2O5薄膜, MgO(100)基板上生長的薄膜致密度更高，在Pt(111)/Ti/SiO2/Si和Nb:SrTiO3(100)基板上制備的薄膜的剩余極化值和矯頑場都隨著外加電場的增加而增加，當(dāng)外加電場約為250 kV/cm時(shí)，兩種薄膜的剩余極化值(2Pr)分別為0.61μC/cm2和1.41μC/cm2。在Pt(111)/Ti/S

4、iO2/Si基板上制備的薄膜的介電常數(shù)小于在Nb:SrTiO3(100)基板上制備的BaTi2O5薄膜。
　　2.采用溶膠凝膠法在Pt(111)/Ti/SiO2/Si基板上制備了Ca摻雜的薄膜Ba1-xCaxTi2O5(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)。隨著Ca摻雜含量的增大，薄膜的剩余極化值2Pr及矯頑場2Ec值都逐漸增大；當(dāng)x=0.03時(shí)有最大的剩余極化強(qiáng)度2Pr(Ba0.97Ca0.03Ti2O5)=1.36

5、μC/cm2，介電常數(shù)達(dá)到最大值約為210(1MHz)。在相同的工藝條件下制備了Sr摻雜的Ba1-xSrxTi2O5(x=0,0.005,0.01,0.02,0.05)薄膜。當(dāng)x=0.02時(shí)薄膜有最大的剩余極化強(qiáng)度，2Pr=1.00μC/cm2，此時(shí)薄膜的介電常數(shù)達(dá)到最大，約為78(1MHz）。
　　3.制備了Fe摻雜的BaFexTi2-xO5薄膜。當(dāng)鐵摻雜的摩爾百分?jǐn)?shù)為0.8％時(shí)，薄膜的壓電性能更好，薄膜有最大的剩余極化值2Pr