BST鐵電薄膜的制備課件

PZT、BST鐵電薄膜的制備FabricationofPZTandBSTFerroelectricThinFilms主要內(nèi)容緒論P(yáng)ZT鐵電薄膜Sol-Gel法制備及性能研究Co摻雜PZT鐵電薄膜的制備及性能研究BST鐵電薄膜的制備及性能研究總結(jié)

1.緒論

1.1鐵電材料概述鐵電材料是指存在自發(fā)極化，且自發(fā)極化有兩個或多個可能的取向，在電場的作用下，其取向可改變的一類材料。鐵電材料的極化強(qiáng)度與外場的關(guān)系曲線類似于鐵磁材料的磁滯回線，如圖所示。E=0,P=PrP=0,E=Ec

1.2PZT材料結(jié)構(gòu)特征

PZT是典型的鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，化學(xué)通式為ABO3

這些含氧八面體的鐵電氧化物的自發(fā)極化主要來源于B位離子偏離氧八面體中心的位移

1.3PZT鐵電薄膜的制備技術(shù)濺射法激光閃蒸真空蒸發(fā)化學(xué)氣相沉積（CVD）金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積（MOCVD）法溶膠－凝膠（Sol-Gel）法SOL-GEL法制備鐵電薄膜的優(yōu)點能精確控制薄膜的組分，能制備大面積高質(zhì)量薄膜組分具有高度的均勻性易于調(diào)整組分，易于進(jìn)行微量、均勻摻雜設(shè)備簡單，成本低，適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)

PZT薄膜的制備流程計算出各原材料的質(zhì)量或體積

乙酸鉛＋乙二醇甲醚，120℃回流加熱30min硝酸鋯＋乙二醇甲醚，加熱攪拌鈦酸四丁酯＋乙二醇甲醚，與上述兩溶液混合攪拌12h后，定容、過濾

ITO/glass基片上以3000～5000r/min的速度勻膠30s400℃熱處理4min，500600℃退火處理4min重復(fù)6、7步，最后一層在氧氣氣氛的條件下，在500600℃退火處理20min2.2PZT鐵電薄膜的X射線衍射圖600℃時，PZT薄膜結(jié)晶程度最好

薄膜呈以（101）為首要方向的多晶結(jié)構(gòu)

有（222）方向的焦綠石相

2.3PZT鐵電薄膜的鐵電性能E越大，P越大；溫度升高，Pr增大，Ec減小。2.5PZT鐵電薄膜的漏電流

綜合比較各溫度下PZT鐵電薄膜的鐵電、介電、漏電流性能，600度的退火溫度效果最好。3.PCZT鐵電薄膜制備及性能研究乙酸鈷（Co(CH3COO)2·4H2O）

工藝流程-asmentionedabove3.1PCZT薄膜的制備3.2PCZT鐵電薄膜的X射線衍射圖薄膜呈以（101）為首要方向的多晶結(jié)構(gòu)

Co摻雜能夠有效的抑制PZT薄膜中焦綠石相的產(chǎn)生

ProportionofCo-dopedPr(μC/cm2)EC(KV/cm)0mol%36.545.25mol%43.851.610mol%58.667.315mol%42.068.9Co摻雜后的PZT薄膜的剩余極化強(qiáng)度Pr明顯增大,Co=10mol%,Pr=58.6c/cm2

。這個值比大多數(shù)文獻(xiàn)報道的摻雜或不摻雜的PZT薄膜的剩余極化強(qiáng)度Pr大。PCZT薄膜的矯頑場Ec比PZT薄膜要大，而且隨著摻雜比例的增大而增大。

PCZT薄膜的電滯回線圖呈不對稱形狀，而且在較高外場下有向下彎曲的現(xiàn)象。

比較PZT與PCZT薄膜的鐵電測試圖：主要解釋1：一般來說當(dāng)鐵電薄膜中存在有焦綠石相時，其電滯回線圖將會呈現(xiàn)出一個比較纖細(xì)的形狀，薄膜的剩余極化強(qiáng)度會比較小。從摻雜和不摻雜的PZT薄膜的XRD圖來看，摻雜后的薄膜中含有的焦綠石相明顯減少，甚至消失，這是導(dǎo)致Co摻雜后PZT薄膜的鐵電性能加強(qiáng)的原因之一。

主要解釋3：當(dāng)鈷離子在薄膜中替代鈦離子或鋯離子的位置時，為了保持電化學(xué)平衡，此時會產(chǎn)生氧空位。當(dāng)薄膜中存在氧空位時，它會和其它離子形成復(fù)雜的偶極子缺陷。它也可以在薄膜中的晶界、疇壁等位置形成點缺陷，所有這些缺陷都會阻礙極化反轉(zhuǎn)。在薄膜兩端有外加電場時，這些缺陷會在薄膜中產(chǎn)生一個與外電場方向相反的內(nèi)加電場，從而使得加在薄膜兩端的有效電場減小，使薄膜需要更大的電場來控制薄膜的極化，這樣會導(dǎo)致薄膜產(chǎn)生更大的矯頑場。3.4PCZT鐵電薄膜的介電性能1.介電常數(shù)增大

2.存在介電消散現(xiàn)象解釋：

由于鈷的摻入導(dǎo)致薄膜中的氧空位增多，薄膜和電極界面之間的電荷會積聚的越多，這些電荷會明顯增大薄膜介質(zhì)的電容，因而導(dǎo)致大的介電常數(shù)。

在測量的過程中，這些電荷會隨著外加電場的變化而變化。如果外加電場的頻率足夠小，能夠滿足這些積聚電荷的變化周期，那么測量時這些電荷就會導(dǎo)致一個比較大的電容。相反，當(dāng)外加電場的頻率增加時，外加電場的周期不再允許積聚電荷產(chǎn)生作用，那么這些電荷就不再對薄膜的電容起作用，因而外加電場的頻率變大時，薄膜的電容會顯著降低，同時薄膜的介電常數(shù)也會隨之降低。

4.PCNZT薄膜制備及性能研究乙醇鈮（Niobiumethoxide）減小漏電流工藝流程見第二章4.1PCNZT薄膜的制備4.2PCNZT薄膜的X射線衍射圖以（101）為首選方向的多晶薄膜沒有出現(xiàn)焦綠石相

4.4PCNZT薄膜的介電性能薄膜的介電常數(shù)隨著摻雜離子Nb5＋濃度的增大而減小，沒有發(fā)現(xiàn)介電消散現(xiàn)象。

4.5PCNZT薄膜的漏電流性能