鈦酸鋇-鈦酸鍶多層鐵電薄膜微觀結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、鈦酸鋇/鈦酸鍶鐵電陶瓷薄膜材料具有優(yōu)異的電學(xué)性能，如壓電效應(yīng)、鐵電效應(yīng)、熱釋電效應(yīng)等，因此在電容器等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和納米技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今對于器件的需求日漸小型化，因此制備出小尺寸、高性能的鐵電薄膜材料可促進(jìn)其在光電領(lǐng)域的發(fā)展。本文結(jié)合脈沖激光沉積方法，在(001)單晶氧化鎂(MgO)基體上制備出鈦酸鋇(BaTiO3)/鈦酸鍶(SrTiO3)多層薄膜。主要內(nèi)容有:
　　 首先，概述了鐵電材料的發(fā)展歷史及其鐵電性

2、產(chǎn)生的物理機(jī)制。介紹了包括鈣鈦礦型鐵電材料的晶體結(jié)構(gòu)、各種優(yōu)良的物理性質(zhì)以及目前的研究情況和巨大的應(yīng)用價(jià)值，接著指出了同種材料所組成的塊材與薄膜的不同性質(zhì)。對鐵電陶瓷薄膜的異質(zhì)結(jié)、鈦酸鋇的摻雜改性、多層薄膜的性質(zhì)及應(yīng)用做了介紹，展望了鐵電薄膜材料進(jìn)一步的應(yīng)用價(jià)值。
　　 其次，利用脈沖激光沉積技術(shù)制備了BTO/STO/MgO多層外延薄膜，并介紹了鈦酸鋇/鈦酸鍶多層鐵電陶瓷薄膜的制備工藝，詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)過程中陶瓷薄膜平面透射樣品和

3、截面透射樣品的制備、工藝流程以及制備過程中的注意事項(xiàng)，并介紹了塊材和薄膜所使用的表征手段及測試方法，研究結(jié)果如下所示。
　　 (1)用選區(qū)電子衍射花樣證明了BTO/STO/MgO薄膜的外延性。用暗場像觀察到BTO/STO/MgO外延薄膜基體/薄膜界面附近存在周期性的失配位錯(cuò)，伯格斯矢量為a/2<110>，并推斷出薄膜界面附近(001)面存在局部疇域。薄膜內(nèi)存在位移矢量為1/2<110>的富Ti型和富Ba型這兩種層錯(cuò)，探討了多層薄

4、膜的生長機(jī)制是因?yàn)楸∧こ谠ギa(chǎn)生的應(yīng)變分布不均，使得沉積原子傾向于在低應(yīng)力處成核，最終多層膜顯示柱狀結(jié)構(gòu)。
　　 (2)通過對多層薄膜的化學(xué)腐蝕，觀察到了BTO/STO薄膜中90°疇結(jié)構(gòu)，并討論了腐蝕對薄膜的影響，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離基底的薄膜與離基底近的薄膜腐蝕后結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯差異。
　　 (3)利用高分辨透射電子顯微鏡以及高角環(huán)形暗場像對薄膜的微觀缺陷進(jìn)行了模擬分析，鈦酸鋇和鈦酸鍶界面層的失配位錯(cuò)位錯(cuò)核處是Sr原子柱與鈦酸鋇中的Ti