超聲噴霧熱解法制備鈦酸鍶鋇薄膜工藝及性能研究.pdf

1、鈦酸鍶鋇（BaxSr1-xTiO3，簡(jiǎn)稱 BST）薄膜是一種性能優(yōu)良的鐵電材料，具有非線性強(qiáng)，漏電流低和熱釋電系數(shù)較高等特點(diǎn)，BST的居里溫度可以通過Ba：Sr比例來調(diào)整，因而適當(dāng)組分的BST材料是一種非制冷紅外焦平面陣列的理想材料。
　　本論文采用超聲霧化熱解法制備了Ba0.65Sr0.35TiO3薄膜，概括了超聲霧化熱解法制備薄膜的發(fā)展現(xiàn)狀，綜述了超聲霧化熱解技術(shù)制備薄膜的生長(zhǎng)機(jī)理及其過程，討論了BST薄膜生長(zhǎng)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和傳

2、輸動(dòng)力學(xué)。
　　TG-DSC分析表明，600℃以后，BST鈣鈦礦相逐步形成和完善，為薄膜的熱處理提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　采用了X射線衍射（XRD）、原子力顯微鏡（AFM）、掃描電子顯微鏡（SEM）等分析手段，對(duì)BST薄膜進(jìn)行了表征，研究了各種生長(zhǎng)條件如前驅(qū)體濃度、襯底溫度、載氣流速、噴霧時(shí)間、退火處理和摻雜濃度對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響。確定了最佳的工藝參數(shù)：前驅(qū)體濃度為0.1M，襯底溫度為500℃，載氣流速為5L/min，噴霧時(shí)間為6

3、0min，最后將制備的薄膜在650℃條件下保溫30min。采用此參數(shù)可得到均勻、致密的薄膜。研究了BST薄膜的介電性能，其相對(duì)介電常數(shù)和介電損耗分別為260～360、2.5％～4.9％，居里溫度為301K，在低頻段，BST薄膜的介電常數(shù)和介電損耗對(duì)頻率的穩(wěn)定性較好。
　　對(duì)BST薄膜摻雜改性進(jìn)行了研究。研究表明，過多的摻雜量會(huì)引起微觀結(jié)構(gòu)的改變，從而惡化薄膜的介電性能。本實(shí)驗(yàn)將摻雜量控制在小于2mol%范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)表明：隨著摻雜量

4、的增加，相對(duì)介電常數(shù)和介電損耗均呈下降趨勢(shì)，0.5mol%Ce3+和1.0mol%Ce3+分別為324~258、304~246；0.021~0.035、0.018~0.03。摻雜后的BST薄膜介電常數(shù)和介電損耗對(duì)測(cè)試頻率較未摻雜薄膜要穩(wěn)定。
　　分析了Ce3+對(duì)居里峰的影響。主要是因?yàn)檩^大半徑的Ce3+取代了BST中較小半徑的B位Ti4+，從而使其所在的八面體擴(kuò)張，相應(yīng)地使相鄰以Ti4+為中心的八面體受到壓縮，因此部分Ti4+“凍