（材料學(xué)專(zhuān)業(yè)論文）鈣鍶鉍鈦鐵電薄膜晶粒定向工藝及機(jī)理的研究.pdf

山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文 捅要 鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料 b i s m u t hl a y e r s t r u c t u r e df e r r o e l e c t r i c s b l s f s 具有較 高的居里溫度 較低的介電損耗以及較好的抗疲勞性能而適用在鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器 高溫 高頻鐵電壓電器件和高密度電容器 因而受到材料界的廣泛關(guān)注 這類(lèi)材料的主要研 究對(duì)象有s r b i 2 t a 2 0 9 s b t s r b i 4 t i 4 0 i5 s b t i 和b i 4 味l a x t i 3 0 1 2 鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料 的化學(xué)通式為 b i 2 q 2 k l b 1 0 3 時(shí)l 產(chǎn) b i 2 妒為層狀結(jié)構(gòu) 恤l b m 傷m 產(chǎn)為類(lèi)鈣鈦礦結(jié)構(gòu) 層狀結(jié)構(gòu) b i 2 0 2 廣 簡(jiǎn)稱(chēng)鉍層 與類(lèi)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)層 以氧八面體b 0 6 為標(biāo)志 交替排列 a 一般為 l 2 或者 3 價(jià)離子 b 為 3 4 或者 5 價(jià)離子 m 為類(lèi)鈣鈦礦層 氧八面體b 0 6 的個(gè)數(shù) 其結(jié)構(gòu)可以看成是 b 2 0 2 廣層和類(lèi)鈣鈦礦層 a 卅l b l i p 姍 1 舾生長(zhǎng)的結(jié)構(gòu) s b t i 是一種典型的鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料 有著較大的剩余極化強(qiáng)度和抗疲 勞性能 但是其較低的居里溫度 5 2 0 0 c 限制了它的應(yīng)用 近年來(lái)隨著高溫鐵電壓電裝 置的出現(xiàn)以及高溫應(yīng)用要求的不斷提高 迫切需要有較高居里溫度的高溫鐵電壓電材 料 c a b i 4 t i 4 0 l s c b t i 是與s b t i 結(jié)構(gòu)相同的鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料 其突出的優(yōu) 點(diǎn)恰是居里溫度較高 7 9 0 0 c 為此 本課題組對(duì)s b t i 鐵電薄膜進(jìn)行c a 2 十取代改性研 究 結(jié)果表明 c a 2 取代量為0 4 時(shí) 即c a o 4 s r 0 6 b i 4 t i 4 0 1 5 簡(jiǎn)稱(chēng)c 0 4 s o 6 b t i 薄膜樣品的 鐵電性能良好 鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的各向異性決定了其鐵電性能與其晶粒取向有著密切的關(guān)系 由于平 移面和滑移面的存在 當(dāng)m 為偶數(shù)時(shí) 沿b 軸和c 軸的位移相互抵消 它們對(duì)總極化 無(wú)貢獻(xiàn) 其自發(fā)極化軸沿a 軸方向 所以對(duì)于c o 4 s o 6 b t i m 4 制備a 軸擇優(yōu)取向的 鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料是提高其鐵電性能的有效途徑 本文通過(guò)對(duì)熱處理工藝條 件的控制 t i 0 2 緩沖層的引入和適量的s m 摻雜分別制備了a 擇優(yōu)取向的c o 4 s o 6 b t i 鐵電薄膜 并對(duì)相應(yīng)的作用機(jī)理進(jìn)行了探討 本文采用溶膠一凝膠 s 0 1 g e l 法在p t t i s i o j s i 基片上制備了c o 4 s o 6 b t i 鐵電薄膜 研究了勻膠速度 熱分解溫度與熱處理溫度對(duì)薄膜取向和性能的影響 用x 射線衍射 表征了薄膜的晶體結(jié)構(gòu) 用掃描電鏡觀察了樣品顯微形貌 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析 得 出在p t t i s i 0 2 s i 基片上制備a 軸擇優(yōu)的c o 4 s o 6 b t i 薄膜的優(yōu)化熱處理工藝條件為 勻 膠速度4 0 0 0 r i m 熱分解溫度4 0 0 0 c 退火溫度為8 0 0 0 c 所制備的a 擇優(yōu)取向的薄膜 樣品結(jié)晶良好 晶粒多呈球狀 剩余極化強(qiáng)度只可達(dá)1 6 1 l a c c m 2 對(duì)應(yīng)矯頑電場(chǎng)為 8 5 k v c m 且表現(xiàn)出優(yōu)異的抗疲勞性能 經(jīng)過(guò)1 0 9 極化翻轉(zhuǎn)后幾乎沒(méi)有疲勞現(xiàn)象 山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文 采用溶膠 凝膠法在p t t i s i 0 2 s i 基片與c o 4 s o 6 b t i 薄膜之間引入金紅石相的t i 0 2 緩沖層 研究發(fā)現(xiàn) 并沒(méi)有因t i 0 2 緩沖層的引入而產(chǎn)生雜相 得到的仍為純鉍層狀鈣 鈦礦結(jié)構(gòu)c o 4 s o 6 b t i 薄膜 而且得到了高度a 擇優(yōu)取向的薄膜樣品 對(duì)薄膜樣品進(jìn)行 顯微結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn) 樣品表面光滑 致密 無(wú)裂紋 結(jié)晶發(fā)育良好 且晶粒形狀多為 球形 同時(shí)發(fā)現(xiàn) 金紅石相的t i 0 2 緩沖層與c o 4 s o 6 b t i 薄膜在結(jié)構(gòu)上存在一種外延生 長(zhǎng)關(guān)系 1 0 0 c o 4 s o 6 b t i 1 0 1 0 1 0 t i 0 2 對(duì)于鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)薄膜來(lái)說(shuō) 金紅石 相的t i 0 2 應(yīng)該是一種很有應(yīng)用前景的緩沖層材料 采用溶膠 凝膠工藝在p t t i 0 2 s i 0 2 s i 基片上制備了c a o 4 s r o 6 s m x b i 4 t i 4 0 1 5 鐵電薄 膜 研究了不同釤摻量對(duì)薄膜的顯微結(jié)構(gòu) 晶粒取向及鐵電性能的影響 結(jié)果表明 釤摻雜對(duì)鈣鍶鉍鈦鐵電薄膜既有抑制氧空位所導(dǎo)致的疇釘扎作用 也有抑制晶粒生長(zhǎng) 發(fā)育的作用 當(dāng)釤摻量x 0 0 5 時(shí)薄膜樣品晶粒發(fā)育較良好 沿a 軸擇優(yōu)取向 i 2 0 0 i 1 1 9 0 8 6 9 樣品鐵電性能優(yōu)良 剩余極化強(qiáng)度肛l o 2 i t c c m 2 關(guān)鍵詞 鈣鍶鉍鈦 鐵電薄膜 溶膠一凝膠 鐵電性能 熱處理 緩沖層 釤摻雜 i i 山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文 s t u d i e so ng r a i n0 r i e n t a t i o ng r o w t ha n dm e c h a n i s mo f c a o 4 s r o 6 b i 4 t i 4 0 1 5f e r r o e l e c t r i ct h i nf i l m c h eq u a n d e m a t e r i a ls c i e n c e d i r e c t e db yf a ns u h u a a b s t r a c t i nr e c e n t y e a r s b i s m u t h l a y e r s t r u c t u r e d f e r r o e l e c t r i c s b l s f s s u c ha s s r b i 2 t a 2 0 9 s b t b i 4 x l a x t i 3 0 1 2a n ds r b i 4 t i 4 0 i 5 s b t i t h i nf i l m s h a v eb e e ni n v e s t i g a t e d f o rt h ea p p l i c a t i o n si nf e r r o e l e c t r i cr a n d o ma c c e s sm e m o r i e s h i g ht e m p e r a t u r ep i e z o e l e c t r i c d e v i c e s a n dh i g h d e n s i t yc a p a c i t o r sd u et oi t se x c e l l e n te n d u r a n c ep r o p e r t i e sa g a i n s t p o l a r i z a t i o ns w i t c h i n g h i g hc u r i et e m p e r a t u r e a n dl o wl o s st a n g e n t t h e s ec o m p o u n d s b e l o n gt ot h ea u r i v i l l i u sf a m i l yw i t hag e n e r a lc h e m i c a lf o r m u l ao f b 2 0 2 2 a m 1 b m 0 3 葉1 2 w h e r ea i sm o n o 一 d i o rt r i v a l e n te l e m e n t sw i t hd o d e c a h e d r a lc o o r d i n a t i o n bi sat r a n s i t i o n c a t i o ns u i t e dt oo c t a h e d r a l a n dmi si n t e g e rw h i c hp r e s e n t st h en u m b e ro fp e r o v s k i t el a y e r s t h e i rs t r u c t u r ec a l lb er e g a r d e da sar e g u l a ri n t e r g r o w t ho f b 2 0 2 2 十l a y e r sa n d a m i b m 0 3 時(shí)1 厶p e r v o s k i t e l i k es l a b s a m o n gt h e ms b t ih a sl a r g e rr e m n a n tp o l a r i z a t i o na n df a t i g u e f r e eb e h a v i o r b u tt h e l o wc u r it e m p e r a t u r e t c 5 2 0 0 c h a n d i c a p si t s p r a c t i c a lu s e r e c e n t l y h i g h e rc u r i e t e m p e r a t u r em a t e r i a l sa r en e e d e df o rh i g h e rt e m p e r a t u r ea p p l i c a t i o n w h i l ec b t ih a sh i g h c u r i et e m p e r a t u r e t c 7 9 0 0 c w i t ht h es a m es t r u c t u r eo fs b t i s ow ed i das e r i e so f e x p e r i m e n t so nr e p l a c i n gs pw i t hc a 2 o fs b t if i l ma n df o u n dt h a tc a o 4 s r o 6 b i 4 t i 4 0 l5 c o 4 8 0 6 b t i t h i nf i l me x h i b i t sg o o df e r r o e l e c t r i cp r o p e r t i e s t h eh i g ha n i s o t r o p i cs t r u c t u r eo fb l s f sr e s u l t si nt h ef e r r o e l e c t r i cp r o p e r t i e st ob e s t r o n g l yd e p e n d e n to nt h ec r y s t a l l o g r a p h i co r i e n t a t i o n t h ep o l a r i z a t i o nv e c t o ro ff o u r l a y e r p e r o v s k i t eb l s f si so n l ya l o n gt h ea a x i sd u et ot h ep r e s e n c eo fag l i d ep l a n ea n dm i r r o r p l a n ea l o n gt h eba n dca x e s r e s p e c t i v e l y t oi m p r o v et h ef i l mp o l a r i z a t i o n i ti st h u so f g r e a ti n t e r e s tt od e s i g nap r o c e s st h a tc a na d j u s tt h ec r y s t a l l i z a t i o nb e h a v i o ro fb l s f st o s t i m u l a t et h eg r o w t ho fa a x i s o r i e n t e dc r y s t a l s i nt h i sp a p e r 1o o o r i e n t e dc o 4 s o 6 1 3 t it h i n f i l m sw e r ep r e p a r e db yc o n t r o l l i n gt h eh e a tt r e a t m e n t i n t r o d u c i n gt h et i 0 2b u f f e rl a y e r i l l 山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文 b e t w e e nc o 4 s o 6 b t it h i nf i l ma n dp tb o s o ma n ds m 3 d o p i n g n e p o l y c r y s t a l l i n e 10 0 o r i e n t e dc o 4 s o 6 b t it h i nf i l m sw e r es u c c e s s f u l l yp r e p a r e db y s o l g e lm e t h o do np t t i s i 0 2 s is u b s t r a t e sa tv a r i o u sc o n d i t i o n s t h ep h a s es t r u c t u r ea n d m o r p h o l o g yo ff i l m sw e r ec h a r a c t e r i z e db yx r a yd i f f r a c t i o n x r d a n das c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p e s e m t h ee f f e c t so fd i f f e r e n ta n n e a l e dt e m p e r a t u r e p r e a n n e a l e dt e m p e r a t u r e a n ds p i n n i n gs p e e do nt h e c r y s t a l l i z a t i o nb e h a v i o ro fc o 4 s o 6 b t i f i l m sh a v eb e e n i n v e s t i g a t e d i ti sf o u n dt h a tt h ef i l m sm a d eb yt h es p i nc o a t i n ga t4 0 0 0 r i m d e c o m p o s e da t 4 0 0o ca n dt h e na n n e a l e da t8 0 0 cp r e f e r r e da a x i so r i e n t a t i o n e ra n d 巨w a g16 1l a c e m z a n d8 5 k w c m r e s p e c t i v e l y n oe v i d e n tf a t i g u ec a nb eo b s e r v e da f t e r10 9s w i t c h i n gc y c l e s a 1 0 0 o r i e n t e dc o 4 s o 6 b t if e r r o e l e c t r i ct h i nf i l mw i t hh i g hv o l u m ef r a c t i o no f 叩0 0 81 w a so b t a i n e du s i n gt h es o l u t i o n g e l a t i nm e t h o do np t t i s i 0 2 s is u b s t r a t ec o a t e db y t i 0 2r u t i l eb u f f e rl a y e r t h ex r a yd i f f r a c t i o np a r e r n sa n ds e mp h o t o g r a p h se x h i b i t e dt h a t t h e 10 0 o r i e n t e dc o 4 s 0 6 b t it h i nf i l ma r eh o m o g e n e o u s c r a c k f r e ea n dc o m p a c t w i t h a a x i s o r i e n t a t i o ng l o b a lc r y s t a l s b e s i d e s t h ee p i t a x i a lg r o w t ho fc o 4 s 0 6 1 3 t if i l mo nt i 0 2 w a g i n v e s t i g a t e d i ti sf o u n d t h a tt h e e p i t a x i a lr e l a t i o n s h i p i st h a t 10 0 c o 4 s 0 6 b t i i i 101 010 t i 0 2 t h ee n h a n c e m e n to ft h eg r o w t ho fa a x i s o r i e n t e d c r y s t a sf o rc o 4 s o 6 b t if i l md e m o n s t r a t e dt h a tt i 0 2i sp o t e n t i a lf o r t h ei n t e g r a t e dd e v i c e s s a m a r i u m d o p e d c a l c i u ms t r o n t i u mb i s m u t ht i t a n i u mc a o 4 s r o 6 s m x b h x t i 4 0 1 5 f e r r o e l e c t r i cf i l m sw e r ep r e p a r e do np 們 s i 0 2 s is u b s t r a t e sb ys o l g e lm e t h o d t h ee f f e c t s o fs mc o n t e n to nm i c r o s t r u c t u r e o r i e n t a t i o n f e r r o e l e c t r i c p r o p e r t yo ff i l m s w e r e i n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o wt h a ts mc a l li n h i b i tt h ep i n i n ge f f e c t r e s u l to fo x y g e n v a c a n c i e sa n dh i n d e rt h eg r a i ng r o w t h t h ef e r r o e l e c t r i cp r o p e r t yo fc a o 4 s r 0 6 b i 4 t i 4 0 l5c a n b ei m p r o v e db ya d d i n gp r o p e ra m o u n to fs m t h ep rr e a c h e sam a x i m u mv a l u eo f 10 2 i t c c m 2 a n dt h e1 2 0 0 i i9 r e a c h e s0 8 6 9 w h e nx 0 0 5 k e yw o r d s c a o 4 8 1 0 6 b i 4 t i 4 0 1 5 f e r r o e l e c t r i c t h i n f i l m s o l g e l f e r r o e l e c t r i c p r o p e r t y h e a tt r e a t m e n t b u f f e rl a y e r s m 3 d o p i n g i v 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 獨(dú)立進(jìn)行研究取得的 成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 論文中不合其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成 果 也不包舍為獲得山東建筑大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書(shū)而使用過(guò)的材料 對(duì)本 文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 本人承擔(dān)本聲明 的法律責(zé)任 學(xué)位論文作者簽名 塹 叁日期壟壘 重 絲 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 本學(xué)位論文作者完全了解山東建筑大學(xué)有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 即 山 東建筑大學(xué)有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的復(fù)印件和磁盤(pán) 允許論 文被查閱和借閱 本人授權(quán)山東建筑大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān) 數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或其它手段保存 匯編學(xué)位論文 保密論文在解密后遵守此聲明 學(xué)位論文作者簽名 鷲憊一日期糾 叢叢 導(dǎo)師 簽 名 繼 日期出也 五 絲 山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文 第1 章緒論 1 1 鐵電體 1 刃 鐵電體是一類(lèi)特殊的電介質(zhì) 它具有自發(fā)極化 而且自發(fā)極化有兩個(gè)或更多的可 能取向 在電場(chǎng)作用下 自發(fā)極化取向可以發(fā)生改變 它是介電晶體 壓電晶體和熱 釋電晶體的亞族 圖1 1 是鐵電晶體與介電晶體 壓電晶體和熱釋電晶體之間的關(guān)系 壓電體熱釋電體 圖1 1 鐵電晶體與介電晶體 壓電晶體和熱釋電晶體之問(wèn)的關(guān)系 鐵電體同鐵磁體類(lèi)似 存在類(lèi)似于磁疇的電疇 每個(gè)電疇由許多永久電偶矩構(gòu)成 它們之間相互作用 沿一定方向排列成行 形成電疇 無(wú)電場(chǎng)作用時(shí) 各電疇在晶體 中雜亂分布 整個(gè)晶體呈中性 當(dāng)外加電場(chǎng)加于晶體時(shí) 電疇極化轉(zhuǎn)向電場(chǎng)方向 沿 電場(chǎng)方向極化疇長(zhǎng)大 自發(fā)極化是指在一定的溫度范圍內(nèi) 在無(wú)外電場(chǎng)作用下晶胞內(nèi)正負(fù)電荷中心不重 合 從而形成偶極矩 呈現(xiàn)象極性 當(dāng)有外加電場(chǎng)存在時(shí) 自發(fā)極化方向與電場(chǎng)方向 趨于一致 當(dāng)外加電場(chǎng)轉(zhuǎn)向 并且超過(guò)材料的矯頑電場(chǎng)值時(shí) 自發(fā)極化也隨著反向 當(dāng)電場(chǎng)移去之后 材料中仍有部分極化量 這就是剩余極化 自發(fā)極化和外加電場(chǎng)之 間存在一定的滯后 這也是表征鐵電材料的重要條件 對(duì)于鐵電體 當(dāng)施加強(qiáng)電場(chǎng)時(shí) 可以使一個(gè)多疇晶體變成單疇晶體 或者是使單疇晶體自發(fā)極化發(fā)生轉(zhuǎn)向 這個(gè)過(guò)程 分為四個(gè)階段 新疇成核 疇縱向長(zhǎng)大 疇橫向擴(kuò)張和疇合并 圖1 2 是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的 鐵電體極化反轉(zhuǎn)過(guò)程 山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文 c t上t土t d 圖1 2 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的極化反轉(zhuǎn)過(guò)程示意圖 a 反向疇成核 b 和 c 縱向長(zhǎng)大 d 橫向擴(kuò)張 宏觀上鐵電體有兩個(gè)重要的特征 分別是電滯回線和居里溫度 1 電滯回線 當(dāng)存在外加電場(chǎng)時(shí) 鐵電體發(fā)生極化 極化強(qiáng)度隨外加電場(chǎng)的增加而呈 現(xiàn)非線性增加 當(dāng)外加電場(chǎng)增加到一定值時(shí) 鐵電體在電場(chǎng)中極化時(shí) 極化強(qiáng)度隨電 場(chǎng)強(qiáng)度的增加而非線性增加 當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度大到一定值時(shí) 鐵電體達(dá)到極化飽和狀態(tài) 極化強(qiáng)度保持不變 此時(shí) 減小極化電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度 使電場(chǎng)周期性地變化 極化強(qiáng) 度隨電場(chǎng)強(qiáng)度的變化過(guò)程如圖1 3 所示 起先 極化強(qiáng)度p 隨外加電場(chǎng)增加而逐漸增大 直到整個(gè)晶體成為單一極化疇 極化強(qiáng)度達(dá)到飽和 以后極化時(shí) p 和e 呈線性關(guān)系 外推線性部分交于p 軸的截距 稱(chēng)為飽和極化強(qiáng)度 實(shí)際上 這是自發(fā)極化強(qiáng)度 電場(chǎng)降為零時(shí) 仍存在剩余極化強(qiáng) 度p r 加上反向電場(chǎng)強(qiáng)度e c p 降至零 e c 稱(chēng)為為矯頑場(chǎng) 在交流電的作用下 p 和 e 的關(guān)系成電滯回線 對(duì)于鐵電體的應(yīng)用 較大的剩余極化強(qiáng)度和較低的矯頑場(chǎng)是有利的 也就是電滯 回線的矩形度越高越好 2 居里溫度 對(duì)于鐵電體 當(dāng)溫度超過(guò)一定值時(shí) 鐵定體的自發(fā)極化會(huì)消失 鐵電體 發(fā)生鐵定相變 由鐵電體變?yōu)轫橂婓w 此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度即為居里溫度 在居里溫度附 近 鐵電晶體的很多性質(zhì)會(huì)變得反常 比如 介電常數(shù)在居里點(diǎn)附近時(shí)會(huì)變的很大 這稱(chēng)為介電常數(shù)反常 鐵電體在居里溫度以下時(shí) 不具有對(duì)稱(chēng)中心 手 山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖1 3 鐵電材料的極化特征曲線 1 2 鐵電薄膜及其應(yīng)用 最早的鐵電體是1 9 2 1 年法國(guó)人j v a l a s e k 的羅息鹽 n a k c 4 h 4 4 h 2 0 p l 這種材 料存在自發(fā)極化 并且當(dāng)施加外加電場(chǎng)時(shí) 其白發(fā)極化的方向可以隨電場(chǎng)而轉(zhuǎn)向 同 時(shí) 材料的極化強(qiáng)度和電場(chǎng)之間存在電滯回線的關(guān)系 這些都試鐵電體的重要特性 直到1 9 5 5 年 f e l d m a n 利用蒸發(fā)法制備了鈦酸鋇 b a t i 0 3 薄膜 4 1 9 6 9 年 t a k e i 利用磁控濺射法制得外延生長(zhǎng)的b i 4 t i 3 0 7 薄膜 5 1 2 0 世紀(jì)7 0 年代末8 0 年代初 隨著 現(xiàn)代薄膜制備技術(shù)的突飛猛進(jìn) 鐵電薄膜的研究成為現(xiàn)代材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一 睜l o 鐵電薄膜是一類(lèi)很重要的功能薄膜材料 自2 0 世紀(jì)5 0 年代人們開(kāi)始研究鐵電薄 膜 至今已有幾十年的歷史 但由于受到薄膜制備技術(shù)的限制 進(jìn)展一直緩慢 直到 8 0 年代 薄膜制備技術(shù)才取得一系列的突破 一些物理和化學(xué)方法用于制備鐵電薄膜 這為鐵電材料與半導(dǎo)體工藝兼容等技術(shù)掃除了障礙 鐵電材料兼具有介電性 壓電性 熱釋電性 鐵電性等重要特性 可用于制作聲表面波器件 熱釋電探測(cè)器 鐵電隨機(jī) 存取存儲(chǔ)器 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 移相器 壓控濾波器等多種器件 同時(shí)微電子 光電子等提出了小型化 輕量化 集成化的要求 因此鐵電薄膜發(fā)展成為了目前高新 技術(shù)研究的前沿和熱點(diǎn)之一 近年來(lái) 國(guó)內(nèi)從事鐵電薄膜材料及相關(guān)領(lǐng)域研究的單位 和人員與日俱增 圖1 4 給出了關(guān)于鐵電薄膜的應(yīng)用情況 l l 山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文 全 息 存 儲(chǔ) 動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器ii 鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器li 紅外探測(cè)器 介電常數(shù) 光折變效應(yīng) 電滯回線 o i 1 一 鐵電薄膜 電阻率轉(zhuǎn)變ii 壓電效應(yīng) 熱釋電效應(yīng) 電光效應(yīng) 熱敏電阻溫度傳感器 ii 聲表面波器件傳感器 圖1 4 鐵電薄膜的應(yīng)用 光 調(diào) 解 器 1 2 1 鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器 鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器 f r a m 屬于非易失性存儲(chǔ)器 但在其它各方面則類(lèi)似于隨機(jī)存 儲(chǔ)器 因此 和其它類(lèi)型的非易失性存儲(chǔ)器相比 如電可擦除只讀存儲(chǔ)器和閃存 它 的特點(diǎn)是寫(xiě)入速度更快 擦寫(xiě)次數(shù)更多 同時(shí)耗電少 鈣鈦礦類(lèi)型結(jié)構(gòu) a b 0 3 的p z t 是鐵電隨機(jī)存儲(chǔ)器中使用的最常見(jiàn)的材料 在應(yīng)用和移去外電場(chǎng)后 p z t 的電極化 z 棚原子的上 下移動(dòng) 仍然存在 從而帶來(lái)了非易失性的特質(zhì) 因此 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 所消耗的電量非常小 1 2 2 熱釋電紅外探測(cè)器 1 2 1 5 1 鐵電薄膜具有熱釋電效應(yīng) 會(huì)因紅外光的輻射而產(chǎn)生電場(chǎng) 使紅外信號(hào)轉(zhuǎn)變成電 信號(hào) 這引起了人們的注意 越來(lái)越多的人們開(kāi)始將鐵電薄膜應(yīng)用于各種紅外器件上 在軍事上的應(yīng)用更是尤為突出 英國(guó)p y r e o s 公司的紅外探測(cè)器是基于其獨(dú)有的薄膜熱 釋電探測(cè)技術(shù) t h i n f i l mp y r o e l e c t r i ct e c h n o l o g y 這項(xiàng)技術(shù)由德國(guó)西門(mén)子公司 于上世紀(jì)九十年代初丌發(fā)出來(lái) 歷經(jīng)十余年的研發(fā)和改進(jìn) 開(kāi)始大批量生產(chǎn)基于該技 術(shù)的紅外探測(cè)器 其薄膜熱釋電探測(cè)器主要用鋯鈦酸鉛鐵電薄膜 p z tf i l m 作為光電 轉(zhuǎn)換元件 其厚度僅為l u m 構(gòu)成一個(gè)微型的光電系統(tǒng) 其產(chǎn)生的電流通過(guò)兩個(gè)電極 搜集起來(lái) 山末建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 3 鉍屢狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電體晶體結(jié)構(gòu) 1 6 2 4 鉍層狀鐵電材料化臺(tái)物是由a u r i v i l l i u s 等人于1 9 4 9 年首先發(fā)現(xiàn)的 其獨(dú)特的結(jié)構(gòu) 特性及高居里溫度引起了人們廣泛的注意 關(guān)于晶體學(xué)和介電特性方面 已有人做了 詳細(xì)研究 鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性及性能得到了人們廣泛的關(guān)注 在晶體學(xué)和介電性方面 人們做和詳細(xì)的研究 其通式為 b 1 2 0 z 2 a 葉 b 0 時(shí) 產(chǎn) 由 b i 2 0 2 z 層和類(lèi)鈣鈦礦結(jié)構(gòu) a 睜l b 0 3 m i r 層交替共生而成 鉍氧層與氧八面體四重軸 垂直 每隔m 個(gè)類(lèi)鈣鈦礦層有一個(gè)鉍氧層 式中a 為適合于1 2 配位的i 2 3 價(jià)離 子或它們的復(fù)合 b 為適合于6 配位的3 4 5 6 價(jià)離子或它們的復(fù)合 整數(shù)m 代表 c 一軸方向兩個(gè)相鄰的 b i 2 0 2 2 層之間所包括的連續(xù)氧八面體的個(gè)數(shù) 其值一般為1 5 關(guān)于鉍系層狀鈣鈦礦鐵電材料 現(xiàn)在研究比較多的有s r b i z t a z o g s b n b h t i 3 0 1 2 b t o s r b i 4 t 0 1 5 s b t i 等 s b t i 的結(jié)構(gòu)可以看作是由4 層類(lèi)鈣鈦礦層 s r b i 2 t i 4 0 擴(kuò) 被 b 畦0 2 p 層隔開(kāi) 2 5 1 圖l5 為傳統(tǒng)鈣鈦礦和鏹層狀鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)示 意圖 p e r o v s k i t es t r u c t u r e b i 1 a v e rs t r u c t u r e o c t a h d r a l7g r o u po c l a h e d r a l2 9 r o u p o c f a h e d t a t 3 9 l o u p o c f a l t e d r a l4g r o u p 專(zhuān)俐 壤 馕 蒸 f 一 二 黲 r 吒n s l o 日o 1 口 o dt 0 b a 0 o 囤l5 晶體結(jié)構(gòu)示意圖 2 q 山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文 雖然鉍系層狀鈣鈦礦鐵電單晶體與薄膜的電子結(jié)構(gòu)不完全相剛2 7 2 引 但是了解單 晶特性對(duì)了解鐵電薄膜特性也會(huì)有很大的幫助 鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料有兩個(gè)特 性 1 晶體自發(fā)極化主要沿口 軸方向 對(duì)于鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)晶體 因?yàn)榭?軸方向的滑 移面垂直于髓軸 所以沿6 軸方向沒(méi)有自發(fā)極化 氧八面體沿咖軸細(xì)微交互旋轉(zhuǎn)造成 的位移是沿c 軸方向的自發(fā)極化產(chǎn)生的主要原因 2 9 3 0 對(duì)任意兩個(gè)相鄰的氧八面體 氧原子的旋轉(zhuǎn)方向相反 如圖1 6 中的0 1 0 3 和0 2 0 4 導(dǎo)致相鄰的氧八面體沿c 軸方 向的自發(fā)極化方向相反 相互抵消 因此當(dāng)r n 值為偶數(shù)時(shí) 沿c 軸方向的自發(fā)極化對(duì) 總自發(fā)極化的貢獻(xiàn)為零 但當(dāng)m 值為奇數(shù)時(shí) 沿c 軸方向的自發(fā)極化對(duì)總自發(fā)極化的 貢獻(xiàn)不為零 因此對(duì)鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料 沿c 軸方向自發(fā)極化與1 1 1 的奇偶性 有關(guān) 2 晶體生長(zhǎng)的各向異性 與沿口 b 軸方向相比 沿c 軸方向 晶體的生長(zhǎng)率相當(dāng) 小 從鉍層化合物的結(jié)構(gòu)可知 沿口 6 軸方向生長(zhǎng)所需要的晶粒可同時(shí)得到 而沿爭(zhēng) 軸方向生長(zhǎng)要復(fù)雜的多 沿c 軸方向需要交互生長(zhǎng)類(lèi)鈣鈦礦層 a m l b m 0 3 葉1 2 和類(lèi)螢石 結(jié)構(gòu) b i 2 0 2 2 層 c 0 l q b o o o 0 2 m 圖1 6 氧八面體沿平行于口 軸方向旋轉(zhuǎn)示意圖 8 量a 山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 4 鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的制備技術(shù) 薄膜制備技術(shù)的發(fā)展對(duì)于鐵電薄膜的制備與應(yīng)用起到了至關(guān)重要的作用 自從上 個(gè)世紀(jì)八十年代 鐵電薄膜的制備技術(shù)得到重大突破 鐵電薄膜的的也得到了很大發(fā) 展 根據(jù)成膜的機(jī)理不同 鐵電薄膜的制備方法可以分成兩大類(lèi) 1 物理方法 包括射頻濺射法 脈沖激光沉積法和分子束外延等方法 2 化學(xué)方法 溶膠一凝膠法 水熱法 金屬有機(jī)熱分解法和化學(xué)氣相沉積法等方法 目前 鐵電薄膜最常用的制備技術(shù)主要有金屬有機(jī)物熱分解法 溶膠 凝膠法化學(xué)氣相 沉積法 脈沖激光沉積法和射頻濺射法等 1 4 1 射頻濺射法 濺射是入射粒子和靶的碰撞過(guò)程 入射粒子在靶中經(jīng)歷的復(fù)雜的散射過(guò)程 和靶 原子碰撞 把部分動(dòng)量傳給靶原子 此靶原子又和其他的靶原子碰撞 形成級(jí)聯(lián)過(guò)程 在這種級(jí)聯(lián)過(guò)程中某些表面附近的靶原子獲得向外運(yùn)動(dòng)的足夠能量 離開(kāi)把被濺射出 來(lái) 相對(duì)于真空蒸發(fā)鍍膜 濺射鍍膜具有如下特點(diǎn) 1 對(duì)于任何待鍍材料 只要能夠作成靶材 就可以實(shí)現(xiàn)濺射 可實(shí)現(xiàn)復(fù)合薄膜 3 l 2 濺射所獲得的薄膜與基片結(jié)合較好 3 濺射所獲得的薄膜純度高 致密性好 4 濺射工藝可重復(fù)性好 膜厚可以控制 同時(shí)可以在大面積基片上獲得厚度均勻 的薄膜 濺射存在的缺點(diǎn)是 它的沉積速率低 基片會(huì)受到等離子體的輻照等作用而升溫 射頻濺射系統(tǒng)的外貌幾乎與直流濺射系統(tǒng)相同 兩者最重要的差別是射頻濺射系 統(tǒng)需要在電源與放電室間配備阻抗匹配網(wǎng) 在射頻濺射系統(tǒng)中 基片接地也是很重要 的 由此確保避免不希望的射頻電壓在基片表面出現(xiàn) 由于射頻濺射可在大面積基片上沉積薄膜 從經(jīng)濟(jì)角度考慮 射頻濺射鍍膜是非 常有意義的 利用濺射法己制得了性能良好的s r b i 2 t a n b 0 9 3 2 3 3 1 b i l a t i 3 0 1 2 3 4 等鐵電 薄膜 1 4 2 脈沖激光沉積法 近年來(lái) 脈沖激光沉積法 p l d 制備薄膜成為一種受到普遍關(guān)注的薄膜制備新技術(shù) 3 s 3 s 脈沖激光沉積就是脈沖激光光束聚焦在固體靶面上 激光超強(qiáng)的功率使得靶物 山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文 質(zhì)快速等離子化 然后濺鍍到基片 p l d 的系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單 相反 它的原理卻是非常 復(fù)雜的物理現(xiàn)象 它涉及高能量脈沖輻射沖擊固體靶時(shí) 激光與物質(zhì)之間的所有物理 相互作用 亦包括等離子羽狀物的形成 其后已熔化的物質(zhì)通過(guò)等離子羽狀物到達(dá)已 加熱的基片表面的轉(zhuǎn)移 及最后的膜生成過(guò)程 所以 p l d 一般可以分為以下四個(gè)階 段 激光輻射與靶的相互作用 熔化物質(zhì)的動(dòng)態(tài) 熔化物質(zhì)在基片的沉積和薄膜在基 片表面的成核 n u c l e a t i o n 與生成 p l d 制備薄膜有其優(yōu)點(diǎn) 1 由于激光光子能量很高 可濺射制備很多困難的鍍層 如高溫超導(dǎo)薄膜 陶瓷氧化 物薄膜 多層金屬薄膜等 p l d 可以用來(lái)合成納米管 納米粉末等 2 p l d 可以非常容易的連續(xù)融化多個(gè)材料 實(shí)現(xiàn)多層膜制備 3 p l d 可以通過(guò)控制激光能量和脈沖數(shù) 精密的控制膜厚 利用脈沖激光沉積法技術(shù)己成功制備了s r m 3 b i 4 t i m 0 3 棚 3 9 4 1 1 b a b i 4 t i 4 0 1 5 4 2 及 b i 4 t i 3 0 1 2 s r b h t i 4 0 1 5 1 4 3 等鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜 1 4 3 化學(xué)氣相沉積法 化學(xué)氣相沉積 c v d 是制備各種各樣的薄膜材料的一種重要和普遍使用的技術(shù) 利 用這一技術(shù)可以在各種基片上制備元素及化合物的薄膜 c v t 一般包括以下過(guò)程 表 面吸附 配合基的熱解或還原丟失和原子的沉積 已沉積的原子或分子可催化上述分 解或還原過(guò)程 促進(jìn)所需原子團(tuán)簇的生長(zhǎng) 化學(xué)氣相沉積相對(duì)于其他制備方法具有許多優(yōu)點(diǎn) 它可以準(zhǔn)確地控制薄膜的組分 及摻雜水平使其組分具有理想的化學(xué)配比 可以在負(fù)責(zé)形狀的基片上沉積薄膜 由于 許多反應(yīng)可以在大氣壓下進(jìn)行 系統(tǒng)不需要昂貴的真空設(shè)備 化學(xué)氣相沉積的高沉積 溫度會(huì)大幅度的改善晶體的結(jié)晶完整性 可以利用某些材料在熔點(diǎn)或蒸發(fā)時(shí)分解的特 點(diǎn)而得到其他方法無(wú)法得到的材料 沉積過(guò)程可以在大尺寸基片或多基片上進(jìn)行 實(shí) 驗(yàn)中很多參數(shù)可以單獨(dú)控制 比如襯底的晶體結(jié)構(gòu) 反應(yīng)總氣壓及各分壓 反應(yīng)溫度 竺1 4 4 寸0 化學(xué)氣相沉積的缺點(diǎn)是化學(xué)反應(yīng)需要高溫 反應(yīng)氣體會(huì)與基片或設(shè)備發(fā)生化學(xué)反 應(yīng) 在化學(xué)氣相沉積中所使用的設(shè)備可能較為復(fù)雜 且有許多量需要控制 利用化學(xué)氣相沉積法己成功地制備了b i 4 l a x t i 3 0 1 2 4 5 1 b t o 蛔等鉍層狀鈣鈦礦結(jié) 構(gòu)鐵電薄膜 山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 4 4 溶膠 凝膠法 溶膠 凝膠法制備鐵電薄膜是將含有一定量的金屬醇鹽和其它有機(jī)或無(wú)機(jī)金屬鹽配 制成溶液 經(jīng)過(guò)水解和聚合過(guò)程形成均勻的前驅(qū)體溶液 利用勻膠或提拉等方法將前 驅(qū)體溶液均勻地涂覆在基片上 再經(jīng)低溫烘干除去有機(jī)物與水分 高溫退火處理得到 具有一定晶相結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)薄膜 重復(fù)以上過(guò)程增加膜的厚度 溶膠 凝膠法的優(yōu)點(diǎn)是可 精確控制組分計(jì)量比 易于進(jìn)行摻雜 退火溫度要求較低 設(shè)備簡(jiǎn)單 操作方便 不 需要真空條件 利用溶膠 凝膠法己成功地制備了p b b i 4 t i 4 0 1 5 徹 b i 3 4 e u o 6 t i 3 0 1 2 4 8 等 鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜 其基本原理是 一些易水解的金屬化合物在某有機(jī)溶劑中形成溶膠 經(jīng)過(guò)水解與 縮聚而形成濕凝膠 再經(jīng)干燥 預(yù)燒熱分解 除去凝膠中殘余的有機(jī)物和水分 最后 通過(guò)熱處理形成所需要的薄膜材料 制備過(guò)程可分為水解反應(yīng)和縮聚反應(yīng)兩個(gè)過(guò)程 1 水解反應(yīng) 金屬醇鹽吸收水分作用生成含羥基金屬醇化物單體 其化學(xué)反應(yīng)式表 m o r n x h 2 0 一 r o n x m o h x x r o h 式中m 代表金屬元素 r 代表烷烴基 反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行直至m o r n 生成 2 縮聚反應(yīng) 縮聚反應(yīng)可分為失水反應(yīng)和失醇反應(yīng) o r n 1 寸矗 o h h o m 弋o i u n 1 o r n 1 m m o r n 1 h 2 0 或 o r n 1 一m o h h q 讒 o r n 1 一 0 r m i m o m o r n 1 r o h 縮聚反應(yīng)的結(jié)果 生成m 橋氧鍵 形成二維和三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物 隨著 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的發(fā)展 流動(dòng)性降低 粘度增加 形成凝膠 一般定義h 2 0 m o r n 物質(zhì)的 量比為水解度 表示功能水的相對(duì)量 對(duì)于配好的溶膠 隨著水解度的增大 成膠時(shí) 間縮短 這是因?yàn)樵谒夥磻?yīng)中 m o r n 中的一個(gè)o r 基團(tuán)被o h 取代后 剩余的 o r 基團(tuán)的反應(yīng)活性低于首先被取代的o r 基團(tuán) 水量不足時(shí) 水解速度慢且不完全 生成水解度最低的產(chǎn)物 r o n m o h 然后聚合成 o r n 1 m o m o r 1 0 當(dāng)水 分過(guò)量時(shí) 有徹底的水解反應(yīng)發(fā)生 生成較大顆粒而沉淀 1 5 鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的研究現(xiàn)狀 隨著薄膜制備技術(shù)的快速發(fā)展和微電子集成技術(shù)的日益成熟 鐵電薄膜制備工藝 與半導(dǎo)體工藝兼容性問(wèn)題有望解決 這意味著鐵電薄膜在微電子學(xué) 集成光學(xué)和光電 山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文 子學(xué)等領(lǐng)域有著很好的應(yīng)用前景 當(dāng)今 由鐵電薄膜與硅半導(dǎo)體集成技術(shù)相結(jié)合而發(fā) 展起來(lái)的集成鐵電學(xué)及研相關(guān)集成鐵電器件的究 已成為鐵電學(xué)研究中最活躍的領(lǐng)域 之一 研究發(fā)現(xiàn) 鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜晶粒取向與其鐵電性能之間有著密切的關(guān) 系 4 9 1 如前所言 當(dāng)m 為偶數(shù)時(shí) 自發(fā)極化沿口軸方向 沿b 軸和c 軸方向的自發(fā)極 化強(qiáng)度為零 當(dāng)m 為奇數(shù)時(shí)自發(fā)極化強(qiáng)度方向位于口 c 平面 但其沿c 軸方向的分量 很小 因此有許多研究者通過(guò)控制取向來(lái)提高鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料的電學(xué)性能 h u 和l i j i m a 利用層層晶化快速退火工藝制備了s r b i 2 t a 2 0 9 薄膜 前者發(fā)現(xiàn)薄膜呈 明顯的a 軸擇優(yōu) 后者發(fā)現(xiàn)隨著層數(shù)增加 a 軸擇優(yōu)取向也越來(lái)越強(qiáng) 5 0 5 c h e r t 采用 相同工藝制備了b i 4 x n d x t i 3 0 1 2 薄膜 得到類(lèi)似的結(jié)論 5 2 1 可見(jiàn)通過(guò)對(duì)鉍層狀鈣鈦礦結(jié) 構(gòu)鐵電薄膜制備工藝的調(diào)整可以對(duì)其晶粒取向進(jìn)行控制 1 5 1 熱處理工藝的影響 熱處理工藝是影響鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)薄膜取向的關(guān)鍵因素 當(dāng)用s 0 1 g e l 法制備鐵 電薄膜時(shí) 熱處理溫度和熱處理時(shí)間將起到至關(guān)重要的作用 首先 熱處理溫度不宜 過(guò)高 這會(huì)使得薄膜和基片之間相互擴(kuò)散 形成界面層 勢(shì)必減少鐵電薄膜的有效厚 度 同時(shí)也影響到薄膜的擇優(yōu)取向 另一方面 也會(huì)造成薄膜成分不均勻 當(dāng)熱處理 溫度過(guò)低時(shí) 造成薄膜結(jié)晶不完全 很難得到擇優(yōu)取向 h u 等 5 3 利用層層晶化快速退 火工藝制備了s b t i 薄膜 發(fā)現(xiàn)其 2 0 0 晶面取向加強(qiáng) h u 認(rèn)為快速層層快速退火有利 于薄膜擇優(yōu)取向 這是由于在熱處理過(guò)程中薄膜與襯底間的熱應(yīng)力造成的約束作用 快速退火產(chǎn)生較大的宏觀熱應(yīng)力 而宏觀熱應(yīng)力是定向的 這就會(huì)給晶粒的生長(zhǎng)形成 一種約束作用 即定向生長(zhǎng) 在退火處理過(guò)程中 氣氛也是影響薄膜晶粒取向的關(guān)鍵因素 h i r a n o 等 蚓在 p t t i s i 0 2 s i 襯底上制備p z t 薄膜 當(dāng)在0 2 與h 2 0 氣氛中時(shí) 可以得n 1 1 1 p z t 而 在0 2 氣氛中僅僅可以得到焦綠石相 1 5 2 襯底和電極材料的影響 對(duì)于制備高度擇優(yōu)取向的鐵電薄膜來(lái)講 襯底和電極材料的選擇也是很重要的 首先 襯底和鐵電薄膜在結(jié)構(gòu)上有很高的要求 兩者的晶格常數(shù)要匹配或者僅僅有很 小的失配度 這有利于鐵電薄膜晶粒成核 減小缺陷 其次 兩者要有近似的熱膨脹 系數(shù) 這樣在熱處理過(guò)程中可以減少內(nèi)應(yīng)力 避免引起形變 第三 襯底和電極材料 要有很好的化學(xué)惰性 熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性 姚熹等 5 5 采用溶膠 凝膠法 在 山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文 p t t i s i 0 2 s i l n o s i 和l n o p t t i s i 0 2 s i 三種襯底上分別制備出具有不同取向 p b z r o 5 2 t i o 4 8 0 3 薄膜 s h i m i z u 等 s 6 l 用在p b t i 0 3 緩沖層上制備t i o o p z t 薄膜 電極材料對(duì)薄膜擇優(yōu)取向生長(zhǎng)也有重要影響 其中 p t 電極是鐵電薄膜的良好電 極材料 它不僅抗高溫氧化 電阻率小 還可以與大規(guī)模集成電路相容 但是 p t 電 極的內(nèi)擴(kuò)散現(xiàn)象及極化疲勞現(xiàn)象限制了其應(yīng)用f 5 7 1 最近人們開(kāi)始關(guān)注一些導(dǎo)電氧化物 電極 5 s 5 9 如尬 r u c h s r r u 0 3 等 因?yàn)樗鼈兙哂辛己玫膶?dǎo)電性和穩(wěn)定性 在 結(jié)構(gòu)上與鐵電薄膜匹配較好 被認(rèn)為是制備擇優(yōu)取向薄膜的較好選擇 其中 最有代 表性的導(dǎo)電氧化物當(dāng)屬l n o 它成為很多鐵電薄膜電極材料的首選 1 5 3 摻雜對(duì)鐵電薄膜擇優(yōu)取向的影響 研究發(fā)現(xiàn) 對(duì)鐵電薄膜進(jìn)行摻雜 可以在很大程度上改變其鐵電性能 甚至是其 取向 對(duì)于鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電薄膜的摻雜 可以分為a 位和b 位摻雜 以b i t 為 例 進(jìn)行a 位稀土元素?fù)诫s 會(huì)造成其晶體結(jié)構(gòu)上的高度不對(duì)稱(chēng) 導(dǎo)致c 軸方向的自 發(fā)極化偏轉(zhuǎn)增加 從而使薄膜c 方向剩余極化值變大 叫 當(dāng)進(jìn)行b 位摻雜時(shí) 6 軸取 向度減小 造成剩余極化值變大 這與離子