外延鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜熱力學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，微電子技術(shù)和計算機技術(shù)飛速發(fā)展，對高速、高容量新材料的需求越來越迫切。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料因為其較高的介電性質(zhì)、巨大的調(diào)諧性和相對較低的損耗，成為最引人關(guān)注的鐵電材料，為微電子設(shè)備和微波裝置性能的改進提供了可能。BaxSrl-xTiO3(BST)材料作為純的BaTi03和SrTi03的復(fù)合物，其性質(zhì)是由兩種材料綜合決定。當量子順電體SrTi03中摻入適當濃度的鐵電體BaTi03時，將會引入鐵電性，出現(xiàn)由雜質(zhì)誘發(fā)的順電一

2、鐵電相變，因此BaxSrl．~Ti03根據(jù)材料中所含BaTi03濃度的多少將表現(xiàn)出順電和鐵電兩種不同的結(jié)構(gòu)相。SrTi03因為量子漲落的抑制作用即使在接近OK時仍然沒有表現(xiàn)出鐵電一順電相交，但BaT／03的居里溫度達到400K，通過調(diào)整合適的Ba2+和Sr2+的復(fù)合比例可以使BaxSrl．xTi03薄膜獲得滿足不同要求的溫度特征，例如Bao．6Sro．4TiO3薄膜，其居里溫度為280K，這將有利于在室溫時獲得巨大的介電常數(shù)。但對于外延

3、BaxSrl-xTiO3薄膜因為其組分和微結(jié)構(gòu)的不均勻性，薄膜內(nèi)部的缺陷，以及基底和薄膜之間的晶格失配應(yīng)變，導(dǎo)致外延薄膜產(chǎn)生許多有別于體材料和單晶材料的熱力學(xué)性質(zhì)。 應(yīng)變是影響外延鐵電薄膜的本征機制，內(nèi)部應(yīng)變包括正應(yīng)變和剪應(yīng)變，而正應(yīng)變有張應(yīng)變和壓應(yīng)變之分。當基底晶格參數(shù)大于薄膜晶格參數(shù)時，材料內(nèi)部會產(chǎn)生張應(yīng)變；基底晶格參數(shù)小于薄膜晶格參數(shù)時，意味著壓應(yīng)變的出現(xiàn)。當鐵電材料外延生長于較厚的基底上時，剪應(yīng)變的影響可以忽略。因為內(nèi)部

4、應(yīng)變的影響，外延BaTi03薄膜將出現(xiàn)五個低溫結(jié)構(gòu)相，這有別于體材料的三個結(jié)構(gòu)相，類似的影響也存在于外延的PbZr03薄膜中。當外延鐵電薄膜生長在非立方基底上時，平面內(nèi)雙軸應(yīng)變各向異性，導(dǎo)致平衡極化態(tài)的改變，從而產(chǎn)生新的相，這些相并不存在于生長在立方基底上的薄膜之中。 本文在朗道一德文希爾唯象模型的基礎(chǔ)上，通過計入薄膜內(nèi)部應(yīng)變和自發(fā)極化，考慮了鐵電序參量和應(yīng)力之間的耦合作用，并運用了應(yīng)力邊界條件，獲得了外延單疇的Bao．6Sro