Pb(Zr,Ti)O3鐵電薄膜的制備、性能及激光感生熱電電壓效應(yīng)研究.pdf

1、鐵電薄膜材料由于具有一系列的優(yōu)良特性，已成為當(dāng)代信息科學(xué)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。1990年激光感生熱電電壓效應(yīng)（Laser-induced Thermoelectric Voltage-LITV）也成為20世紀(jì)科學(xué)研究的一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)，該發(fā)現(xiàn)引出了原子層熱電堆的概念，許多晶體都是原子層組成的卻表現(xiàn)出LITV效應(yīng)。但是鐵電薄膜中的LITV效應(yīng)至今仍然沒有任何文獻(xiàn)報(bào)道過(guò)，由于多鐵（Multiferrotic）性的研究成為國(guó)際上的一個(gè)熱點(diǎn)，多種效應(yīng)

2、的交叉不僅提出新的物理問題，也會(huì)導(dǎo)致新的應(yīng)用，因此鐵電薄膜中的LITV效應(yīng)值得深入研究。本論文主要圍繞單晶襯底上制備Pb(Zr,Ti)O3（PZT）鐵電薄膜的工藝和鐵電薄膜的激光感生熱電電壓效應(yīng)（Laser-induced Thermoelectric Voltage-LITV）這兩方面進(jìn)行了研究，獲得的一些結(jié)果概括為如下：
　　1．預(yù)燒溫度850℃、正式燒結(jié)1050℃是采用固相法制備PZT靶材的最佳溫度，基本能形成單一鈣鈦礦結(jié)構(gòu)

3、。
　　2．對(duì)于在LaSrAlTaO3(LSAT)單晶襯底上生長(zhǎng)的Pb(ZrxTi1-x)O3鐵電薄膜：當(dāng)x=0.3時(shí)，薄膜生長(zhǎng)取向隨著沉積溫度的增加，從550℃下的c軸擇優(yōu)生長(zhǎng)逐漸過(guò)渡到750℃下的a軸擇優(yōu)生長(zhǎng)，且相當(dāng)有規(guī)律；當(dāng)x=0.8時(shí)，低溫下（550℃）薄膜還存在焦綠石相位，鈣鈦礦相位并未形成，隨著溫度的增加，逐漸形成純鈣鈦礦相位，在700℃左右是此薄膜的最佳沉積溫度；當(dāng)x=0.53時(shí)，薄膜材料位于準(zhǔn)相位邊界附近，其性質(zhì)介

4、于兩者之間，組分影響因素較大，700℃左右是此薄膜的最佳沉積溫度；對(duì)于在LaAlO3(LAO)單晶襯下上生長(zhǎng)的Pb(ZrxTi1-x)O3鐵電薄膜：與在LSAT襯底上的生長(zhǎng)趨勢(shì)相似，但在LAO襯底上生長(zhǎng)的PZT鐵電薄膜一般都需要更高的沉積溫度才能形成單一鈣鈦礦相位，薄膜的最佳沉積溫度也比在LSAT襯底上沉積時(shí)要高。
　　3．Pb的過(guò)量不利于PZT薄膜的擇優(yōu)取向生長(zhǎng)。此時(shí)，薄膜沿a軸取向和c軸取向混合生長(zhǎng)，從550℃逐漸過(guò)渡到750

5、℃薄膜取向并無(wú)明顯變化，而且衍射峰強(qiáng)度較弱。
　　4．首次在PZT鐵電薄膜中發(fā)現(xiàn)了LITV效應(yīng)。在LSAT、LAO和SrTiO3(STO)三種不同的單晶20o傾斜的襯底上成功制備了Pb(Zr0.3Ti0.7)O3鐵電薄膜，首次在PZT鐵電薄膜中發(fā)現(xiàn)了LITV效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)薄膜在STO襯底上的LITV信號(hào)的優(yōu)值最大。同時(shí)研究了薄膜不同生長(zhǎng)取向?qū)ITV信號(hào)的影響，發(fā)現(xiàn)：薄膜沿c軸取向擇優(yōu)生長(zhǎng)時(shí)LITV信號(hào)大，而且隨著激光能量的增加呈很好

6、的線形關(guān)系增大，而在薄膜沿a軸擇優(yōu)生長(zhǎng)時(shí) LITV信號(hào)小，并無(wú)明顯的變化規(guī)律。運(yùn)用原子層熱電堆模型和LITV信號(hào)公式對(duì)此現(xiàn)象做出了解釋，說(shuō)明了PZT薄膜中的LIV效應(yīng)是熱電電壓效應(yīng)，Seebeck系數(shù)的各向異性起著重要作用。
　　5．對(duì)在STO和LAO兩種單晶的10o和20o傾斜襯底上制備的Pb(Zr0.3Ti0.7)O3鐵電薄膜研究了傾斜角度對(duì)LITV信號(hào)的影響。發(fā)現(xiàn):隨著襯底傾斜角度的增加，LITV信號(hào)也逐漸增強(qiáng)，與感生電壓公