钙钛矿相和烧绿石相PZNT薄膜的制备与性能研究

摘要

钙钛矿结构的铌锌酸铅(PZN)是弛豫铁电体的典型代表之一。PZN基铁电陶瓷具有高介电常数，大的电致伸缩效应和压电偏压可调性，在陶瓷电容器和MLCCs、微位移驱动器以及微型电机械等领域有着重要的应用。同时，由于电子器件的微型化和小型化要求是当今电子与信息等领域的发展趋势，使得PZN基等弛豫铁电薄膜的制备与应用的研究具有重要的科学意义与重大应用背景。
　　溶胶-凝胶法制备工艺，容易获得纯度高，组分分子级化学计量均匀，相结构均匀的材料，尤其是合成与烧结温度低，可与硅技术等集成。溶胶-凝胶法特别适合于离心甩膜等方法成膜，制膜过程不需要使用昂贵、复杂的工艺设备，方法简单经济。该技术已经广泛用于如一般铁电薄膜的制备和研究，在大面积制膜方面更显示出其优点。本文采用溶胶凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上成功制备了钙钛矿相结构的0.7Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3薄膜。XRD衍射分析说明薄膜是具有(111)面择优取向的多晶薄膜。我们制备了Pt/PZNT/Pt电容器结构来测试薄膜的铁电性能，获得最大极化和剩余极化分别为35.36uC/cm2和16.84uC/cm2。在室温下测试薄膜的介电性能，其介电常数和介电损耗分别为305和0.075。
　　激光脉冲沉积技术广泛被用于大面积薄膜的制备研究工作，特别适合于复杂组分氧化物薄膜的生长。激光脉冲沉积技术对于薄膜工程是一个通用方法。薄膜的沉积过程经历从气态到固态的一个相变，最终沉积在衬底上面。沉积过程中的实验参数决定着获得的薄膜形貌和结构，例如衬底表面、衬底温度和蒸发速率。人们对表面形貌和沉积参数之间的关系做了大量的研究工作，包括金属材料、无机和有机材料薄膜。但是，影响形貌的因素还没有确定。氧压和衬底温度能影响薄膜的结晶、取向、微结构和电学性能。本文采用激光脉冲沉积法在(111)Pt/Ti/SiO2/Si衬底上成功制备了烧绿石相结构的0.9Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.1PbTiO3薄膜。薄膜和衬底结合紧密，XRD衍射分析和扫描电子显微分析说明随着衬底温度升高薄膜结晶性能增强。通过惠普4294A阻抗分析仪测试薄膜具有低的介电损耗，为0.007和介电常数126。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 铁电性与弛豫铁电体

1．3 铌锌酸铅-钛酸铅

1．3．1 铌锌酸铅-钛酸铅的发展

1．3．2 钙钛矿结构和烧绿石结构

1．4 准同型相界

1．5 本文研究的主要内容和目标

1．5．1 问题的提出

1．5．2 研究的主要目标和内容

第二章 薄膜的主要制备手段和表征方法

2．1 引言

2．2 溶胶凝胶法

2．2．1 溶胶凝胶法的原理

2．2．2 溶胶凝胶法的特点

2．2．3 溶胶凝胶法影响薄膜制备的因素

2．3 准分子激光脉冲沉积法

2．3．1 准分子激光脉冲沉积法的原理

2．3．2 准分子激光脉冲沉积法的特点

2．3．3 准分子激光脉冲沉积法影响薄膜性能的因素

2．4 主要表征手段

2．4．1 薄膜结构的表征方法

2．4．2 薄膜性能的表征方法

第三章 溶胶凝胶法制备钙钛矿相结构的0．7PZN-0．3PT薄膜

3．1 引言

3．2 硅基铂金衬底上钙钛矿相结构0．7PZN-0．3PT薄膜的制备、结构和性能研究

3．2．1 钙钛矿相结构0．7PZN-0．3PT薄膜的制备

3．2．2 钙钛矿相结构0．7PZN-0．3PT薄膜的结构

3．2．3 钙钛矿相结构0．7PZN-0．3PT薄膜的性能

3．3 退火气氛对0．7PZN-0．3PT薄膜的相结构的影响

3．4 LN0／Si衬底上钙钛矿相结构0．7PZN-0．3PT薄膜的制备和结构

3．5 本章小结

第四章 准分子激光脉冲沉积法制备烧绿石相结构的0．9PZN-0．1PT薄膜

4．1 引言

4．2 硅基铂金衬底上烧绿石相结构0．9PZN-0．1 PT薄膜的制备、结构和性能研究

4．2．1 烧绿石相结构0．9PZN-0．1 PT薄膜的制备

4．2．2 烧绿石相结构0．9PZN-0．1 PT薄膜的结构

4．2．3 烧绿石相结构0．9PZN-0．1 PT薄膜的形貌和组分

4．2．4 烧绿石相结构0．9PER-0．1 PT薄膜的介电性能

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

硕士期间发表的论文和专利

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