Ba(Fe1-2Nb1-2)O3基薄膜的PLD生長、結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、Ba(Fe1/2Nb1/2)O3陶瓷是重要的巨介電材料，關(guān)于其特殊介電行為的物理本質(zhì)一直存在爭議，是否具有鐵電性更是爭論的焦點。本研究利用脈沖激光沉積法在Pt/TiO2/SiO2/Si基片上制備Ba(Fe1/2Nb1/2)O3基復(fù)合鈣鈦礦薄膜，深入探討了生長條件對Ba(Fe1/2Nb1/2)O3薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌和物理性能的影響，通過對微區(qū)結(jié)構(gòu)的研究和分析，揭示了Ba(Fe1/2Nb1/2)O3薄膜鐵電性的微結(jié)構(gòu)根源，為其介電弛豫

2、提出了新的本征物理機制。
　　 X射線衍射(XRD)數(shù)據(jù)顯示，Ba(Fe1/2Nb1/2)O3多晶薄膜具有比塊體樣品大的晶胞參數(shù)。并且隨著沉積氧分壓的降低，其晶胞參數(shù)不斷增大。通過不同衍射峰計算得到的平均晶胞參數(shù)的標準偏差也不斷增大，證明Ba(Fe1/2Nb1/2)O3多晶薄膜可能存在一定程度的晶格畸變，并且隨著沉積氧分壓的減小，晶格畸變增大。同時，沉積條件對薄膜的表面形貌也有顯著地影響，升高沉積溫度和降低沉積氧分壓都能使晶粒發(fā)

3、生明顯增大。
　　 在室溫下，Ba(Fe1/2Nb1/2)O3多晶薄膜具有明顯的電滯回線與相應(yīng)的蝶形C-V回線，證明其在室溫下具有一定的鐵電性。隨著沉積氧分壓的升高，其剩余極化強度減小。氧氣氛退火處理對其鐵電性也有明顯的抑制作用。123 K時，Ba(Fe1/2Nb1/2)O3多晶薄膜具有近似飽和的電滯回線，且其對應(yīng)的電流-電壓曲線具有寬展的峰，證實了鐵電疇反轉(zhuǎn)對極化的貢獻。Ba(Fe1/2Nb1/2)O3多晶薄膜的介電弛豫與陶瓷

4、塊體類似，在100-400 K的溫度范圍內(nèi)存在熱激活的介電弛豫，且伴隨強烈的頻率色散。此外，其介電常數(shù)平臺的數(shù)值受沉積條件的影響顯著，較高沉積溫度下制備的Ba(Fe1/2Nb1/2)O3多晶薄膜在室溫(298 K)，10 kHz下的介電常數(shù)可達2495，對應(yīng)的介電損耗約8％。
　　 Ba(Fe1/2Nb1/2)O3-BaTiO3固溶體及Ba(Fe1/2Nb1/2)O3多晶薄膜拉曼光譜的研究提供了Ba(Fe1/2Nb1/2)O3局

5、域?qū)ΨQ性破缺與成分漲落的微結(jié)構(gòu)證據(jù)，而這種局域?qū)ΨQ性破缺便是其鐵電性的微結(jié)構(gòu)根源。Ba(Fe1/2Nb1/2)O3在高波數(shù)區(qū)存在明顯的拉曼峰的分裂現(xiàn)象，證明存在微區(qū)成分不均勻性，即微區(qū)存在Nb富集區(qū)和Fe富集區(qū)。由成分不均引起的局域?qū)ΨQ性破缺很可能是引起B(yǎng)a(Fe1/2Nb1/2)O3鐵電性的結(jié)構(gòu)根源。此外，Ba(Fe1/2Nb1/2)O3薄膜的拉曼光譜顯示，高波數(shù)區(qū)拉曼峰的半高寬隨沉積氧分壓的降低而減小，證明氧空位對產(chǎn)生微區(qū)成分起伏具

6、有推動作用。
　　 Ba[(Fe1/2Nb1/2)0.1Ti0.9]O3薄膜在200-350 K之間存在三個介電異常。首先在略高于室溫處有一個微弱的介電弛豫過程。室溫附近，Ba[(Fe1/2Nb1/2)0.1Ti0.9]O3薄膜具有一個彌散的鐵電相變峰。與陶瓷塊體相比，其鐵電居里溫度向高溫方向移動了約30 K。彌散相變溫度以下，又出現(xiàn)一個具有明顯頻率色散的介電弛豫。這一介電弛豫可能與沿其它極化方向的鐵電微疇的形成有關(guān)。電滯回線的