BaTiO3薄膜在Ni基片上的生長(zhǎng)研究.pdf

1、在Ni、Cu等賤金屬基片上制備氧化物鐵電薄膜具有廣泛的應(yīng)用前景，但目前，在技術(shù)上仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。其中，主要的技術(shù)困難在于氧化物鐵電薄膜與賤金屬之間的界面控制。賤金屬基片在氧化物薄膜生長(zhǎng)過(guò)程中易形成金屬氧化物層，以及大多數(shù)氧化物鐵電體和Ni、Cu等金屬之間存在晶格失配、熱失配、擴(kuò)散嚴(yán)重等問(wèn)題，均會(huì)導(dǎo)致氧化物鐵電薄膜的鐵電性能嚴(yán)重退化。因此，研究薄膜制備方法、生長(zhǎng)工藝條件等影響賤金屬基片鐵電薄膜結(jié)構(gòu)和性能的規(guī)律，尤其是對(duì)界面氧化層的控

2、制，對(duì)賤金屬基片氧化物鐵電薄膜的性能研究十分重要。本文采用激光脈沖沉積法(PLD)和高分子輔助沉積法(PAD)在Ni基片上制備BaTiO3(BTO)薄膜，研究薄膜制備條件特別是氧氣壓、降溫速率、退火對(duì)基片氧化的控制和BTO薄膜(001)方向相對(duì)衍射強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，及其對(duì)薄膜性能的影響。在不插入緩沖層的情況下，制備了介電和鐵電性能良好的BTO薄膜。得到結(jié)果如下：
　　1、對(duì)于使用PLD方法在Ni基片上制備BTO薄膜，當(dāng)氧氣壓從0增大到2

3、50 mTorr，導(dǎo)致BTO薄膜晶粒尺寸從18 nm增大到260 nm；介電可調(diào)性從6.5％增大到26.6%，但是損耗也從0.01增大到0.05。采用先在背底真空的環(huán)境中生長(zhǎng)一缺氧的BTO薄膜層再通入250 mTorr氧氣的方法，介電常數(shù)提高20%，損耗降低50%，優(yōu)值因子提高。通過(guò)壓電力顯微鏡(PFM)可以看到明顯的電疇結(jié)構(gòu)。
　　2、降溫速率的增快(從3℃/min到10℃/min)會(huì)導(dǎo)致BTO薄膜晶粒尺寸減小。在控制氧氣壓25

4、0 mTorr時(shí)，BTO薄膜晶粒尺寸從260 nm減小到180 nm。降溫速率增快可以抑制NiO生成。同時(shí)降溫速率增快會(huì)使BTO薄膜的(001)峰相對(duì)強(qiáng)度增強(qiáng)，介電常數(shù)增大，介電可調(diào)性增大，優(yōu)值因子增大。
　　3、600℃氧氣氛退火處理可以將薄膜的介電常數(shù)進(jìn)一步提高，損耗降低，剩余極化2Pr值從5μC/cm2提高到11μC/cm2。
　　4、對(duì)于使用PAD方法在Ni基片上制備BTO薄膜，當(dāng)燒結(jié)溫度高于900℃時(shí)，純氧化性氣氛