FDF法對(duì)SrBi-,2-Ta-,2-O-,9-鐵電薄膜的微結(jié)構(gòu)及疲勞性的研究.pdf

1、自1921年J.Walsek發(fā)現(xiàn)酒石酸鉀鈉(羅息鹽RS)具有鐵電性以來,至今已發(fā)現(xiàn)千余種化合物具有鐵電性.鐵電材料最為熱門的應(yīng)用是鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器(FRAM),它常用的鐵電材料是Pb(ZrTi)O<,3>(PZT)等氧化物鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的材料.但是PZT的鐵電疲勞性阻礙了FRAM的商品化進(jìn)程.1995年,C.A-Paz de Araujo等人報(bào)道了鉍系層狀類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電薄膜具有抗疲勞(Fatigue-free)特性.鉭酸鍶鉍(SrBi<

2、,2>Bi<,2>O<,9>,SBT)作為這種抗疲勞的鐵電材料,用Pt作電極將其在電場中反復(fù)極化,幾乎看不到極化電荷的衰減.然而,SBT薄膜的一系列缺點(diǎn),如:需要高于800℃的退火溫度,僅有10μC/mc<'2>的剩余電極矩等,也為其在FRAM中的應(yīng)用帶來了困難.為了從晶體的微觀結(jié)構(gòu)中了解SBT抗疲勞特性的來源.該文應(yīng)用X射線衍射實(shí)驗(yàn)和掃描電子顯微鏡對(duì)不同退火溫度下得到的SBT薄膜樣品進(jìn)行測量,并采用對(duì)密度分布函數(shù)(Pair Distr

3、ibution function,PDF)法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析處理,取得了一些有意義的結(jié)果,并在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了理論結(jié)果的正確性.與傳統(tǒng)的激光脈沖沉積法(PLD)、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)、金屬有機(jī)物沉淀法(MOD)不同,我們利用Sr、Bi、Ta的鹽溶液作為原料,采用工藝簡便、涂膜方便、容易控制化學(xué)組份、易于大面積成膜的溶膠—凝膠(sol—gel)法合成了SBT的前體溶液.使用旋涂法將其成膜于Si(100)基片之上.而后在不

4、同的溫度下進(jìn)行晶化、退火,得到了一系列c軸取向了的SBT薄膜樣品.采用X射線衍射實(shí)驗(yàn)和掃描電子顯微鏡分別對(duì)樣品的晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行測量.對(duì)X射線衍射得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化后作傅立葉變換,計(jì)算出樣品的對(duì)密度分布函數(shù)(Pair Distribution Function,PDF)并對(duì)其進(jìn)行誤差修正.PDF是瞬間原子數(shù)密度間的關(guān)系函數(shù).由于它可以在原子尺度上表征固體的結(jié)構(gòu),因而逐漸被應(yīng)用于各類材料的微結(jié)構(gòu)分析中.PDF的一個(gè)顯著的特征就

5、是給出了局域結(jié)構(gòu)和平均結(jié)構(gòu)的關(guān)系.然而,PDF理論在晶體領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用才剛剛開始,國內(nèi)應(yīng)用PDF法于晶體結(jié)構(gòu)分析的嘗試,在作者所涉及的文獻(xiàn)范圍內(nèi)尚未見報(bào)道.因此該文對(duì)PDF理論在SBT特性分析中的應(yīng)用進(jìn)行了有益的嘗試.不僅從理論上推導(dǎo)了衍射強(qiáng)度和PDF間的關(guān)系,而且進(jìn)一步闡述了如何由X射線衍射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來計(jì)算晶體的PDF并進(jìn)行基于實(shí)驗(yàn)的誤差修正.在此過程中,我們還對(duì)用于計(jì)算PDF的PDFgetX程序進(jìn)行了改寫,增強(qiáng)了它對(duì)數(shù)據(jù)文件格式的支持性