鐵酸鍶鑭薄膜的制備及其電學(xué)性能的表征.pdf

1、作為一類(lèi)重要的功能材料,鈣鈦礦結(jié)構(gòu)氧化物鐵酸鍶鑭(La1-xSrxFeO3,LSF)薄膜由于其穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)、獨(dú)特的電磁、催化和氣敏性等特點(diǎn),可應(yīng)用于催化劑、固體氧化物燃料電池、氣體傳感器、高溫加熱材料、磁性傳感器等諸多領(lǐng)域,是目前國(guó)內(nèi)外研究的前沿和熱點(diǎn)之一。本文采用溶膠-凝膠法在Si(100)基底上制備了LSF薄膜,研究了溶膠的配比、熱處理工藝、薄膜厚度、La/Sr比以及元素取代對(duì)薄膜介電性能的影響。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　

2、⑴采用正交實(shí)驗(yàn)法研究了溶膠配比對(duì)LSF薄膜性能的影響,即溶膠中無(wú)水乙醇/冰醋酸比、去離子水、乙醇胺及乙酰丙酮的用量對(duì)薄膜介電性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)醇/酸比為2:1,H2O、乙醇胺和乙酰丙酮的用量分別為3ml、1.5ml和0.3ml時(shí)為最佳溶膠配比,在測(cè)試頻率為1kHz的條件下,其介電常數(shù)為3215.85,介質(zhì)損耗為1.39。
　　 ⑵研究了熱處理工藝對(duì)LSF薄膜介電性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,熱處理工藝條件對(duì)LSF薄膜介電性能的

3、影響規(guī)律是預(yù)處理溫度300℃、退火溫度750℃、處理時(shí)間450s時(shí),La0.5Sr0.5FeO3薄膜在1kHz測(cè)試頻率下的介電常數(shù)最大為3446.60,介質(zhì)損耗為0.96。退火溫度對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)與性能的影響規(guī)律是隨退火溫度的升高其介電常數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),其中在退火溫度為750℃時(shí)得到的La0.5Sr0.5FeO3薄膜的介電常數(shù)最大。XRD、SEM分析顯示,750℃時(shí)得到的La0.5Sr0.5FeO3薄膜結(jié)晶良好,具有明顯的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)

4、,晶粒大小均勻無(wú)裂紋空洞等缺陷。
　　 ⑶采用溶膠-凝膠法制備了La0.5Sr0.5FeO3薄膜,研究了薄膜厚度對(duì)LSF介電性能的影響。薄膜的厚度對(duì)LSF介電性能的影響規(guī)律是,隨著薄膜厚度的增大,LSF的介電常數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),當(dāng)薄膜厚度為三層(約450nm)時(shí)LSF薄膜在1kHz測(cè)試頻率下的介電常數(shù)達(dá)到最大為3357.22,介質(zhì)損耗最小為0.95。
　　 ⑷采用溶膠-凝膠法制備了La1-xSrxFeO3薄膜,研

5、究了La/Sr比對(duì)薄膜介電性能的影響。La/Sr比對(duì)薄膜介電性能的影響規(guī)律是隨著Sr含量的增大,LSF的介電常數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),當(dāng)Sr摻量在0.5時(shí)LSF的介電常數(shù)達(dá)到最大,其值在頻率為1kHz時(shí)為3521.57,介質(zhì)損耗最小為1.20。XRD、SEM分析表明La0.5Sr0.5FeO3具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu),結(jié)晶良好,無(wú)空洞裂紋等缺陷。
　　 ⑸系統(tǒng)的研究了Mn和Gd元素取代對(duì)La0.5Sr0.5FeO3薄膜介電性能的影響,在

6、測(cè)試頻率為1kHz的條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：①隨著Mn含量的增加,La0.5Sr0.5Fe1-xMnxO3薄膜的相對(duì)介電常數(shù)呈上升趨勢(shì),當(dāng)x=0.05時(shí)達(dá)到最大值為3374.75;介質(zhì)損耗值在x=0.05時(shí)最低約為0.82。XRD分析顯示La0.5Sr0.5Fe0.95Mn0.05O3薄膜仍為鈣鈦礦結(jié)構(gòu),結(jié)晶良好,無(wú)空洞裂紋等缺陷。②隨著Gd含量的增加,薄膜的相對(duì)介電常數(shù)呈上升趨勢(shì),當(dāng)y=0.4時(shí)達(dá)到最大值為3486.47:薄膜的介質(zhì)損耗