溶胶凝胶法制备钛酸锶钡基铁电薄膜的性能研究

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1、摘要(Sr，Ba)Ti03薄膜在DRAM、相位移器、热释电探测器等领域的应用前景已成为国内外材料研究的主要领域之一。本文以Ba(0Ac)2，Sr(OAc)2．1／2H20和Ti(Oc4H9)4为主要前驱化合物，采用S01．Gel技术制备了光滑均一的BST薄膜，研究了退火温度、掺杂元素以及衬底对BST薄膜结构和性能的影响规律。采用P“Ti02／si02／Si结构能稳定Pt电极，当升／降温速度为O．5—1℃／min，保温时间为1小时时，薄膜的表面颗粒分布均匀、无裂纹、孔洞少。退火温度为750℃时，BST薄膜转化为完整的AB03型钙钛矿结构，薄膜表面平滑致密，颗粒发育完整、尺寸较大，存在微

2、畴区域，且薄膜的介电性能最佳。微量元素镁、锰(其掺量范围为O．000．0．100m01)掺加到BsT中制备的薄膜表面光滑平整、无缺陷裂纹。且微量元素镁、锰提高了BST薄膜的介电常数e，，降低了其介电损耗tan6，且随着微量元素添加量的增加，最大介电常数温度点Tm逐渐移向低温，介电常数峰的半高宽增加，呈现较强的弥散相变特征。只有当适量的微量元素存在时，薄膜的介电常数得到明显的提高，当测试频率为lKHz，Mg元素的掺量为0．100mol时，薄膜Sr05Ba04MgolTi03的￡，、tall6分别为55，O．06，优于其它Mg掺杂量的薄膜。Mn的掺加大大降低了薄膜的Tm温度，O．100m

3、01的Mn元素使Sro5Ba05Ti03薄膜的Tm从304K降低到272K。微量元素取代Ba2+后形成了不同的缺陷类型及浓度，影响了退火处理时离子的扩散速率、晶粒的生长以及偶极子的形成及极化，呈现出性质的差别。srTi03衬底具有钙钛矿结构，晶格常数与BsT薄膜相匹配，且具有极好的化学和热稳定性。Nb：SrTi03(100)衬底上和纯Sr，ri03(100)衬底上制备的BST薄膜的主要衍射峰为(100)、(200)，薄膜的(100)面是沿着Nb：srTi03(100)、sr]n03(100)面外延生长的。Nb：SrTi03(100)衬底上制各的Sro5Ba04MgoITi03薄膜在测

4、试频率为1M时，介电常数、损耗因子分别为100、O．019l，比同条件下Pt／Ti02／si02／si衬底上的Sro5Ba04MgoITi03(8r=50，taJl6=0．054)薄膜的介电性能要好。用高分辨率透射电镜研究了sr0sBa05Ti03薄膜的铁电微畴结构，畴的宽度估计在1．2m，晶格条纹整体上贯穿畴区与非畴区。测试条件为1000Hz、20V时，I溶胶．凝胶法制各钛酸锣钡基铁电薄膜的性能研究Sro5Bao4MnolTi03薄膜的剩余极化强度Pr和矫顽场Ec分别为O．16uC／cm2，90Kv／cm。关键词：溶胶．凝胶法，Bs丁薄膜，介电性能，掺杂元素，外延生长IIABSTR

5、ACTTheapplicationsof(Sr，Ba)Ti03thin6lmsinDRAM(DynamicRandomAccessMemory)，phaseshmersandp”oelectricuncooledinfrareddetectorhavebeenoneofthemostimponantfieldsaboutmaterialandsciencehomeandabroad．(S‘Ba)Ti03minfilmswithhi曲propertieswerepreparedbySoI—GeIprocessingusingbariumacetate，stmntiumacelateaI

6、ldtitatlium·tetrabutoxideasprecursormaterials．Inthisp印eLthee圩cctsofannealingtemperature，dopantandsubstrateonthemicrostructureandpropenieswereinVestigated．Smooth，crack-freesurfacewasobtainedatO．5—1℃，minofhyperthemicorcoolingtreatmentwitha60mjnhoIdat750℃onsubsIrateP们102／si02／Si．(Sr，Ba)Ti03thinfil

7、mscrystallinedimoAB03perovskitephaseatthearulealingtempemtureof750℃．Smooth，dense，defect-仔eesurfacephotograph，la唱egrains，micro-domainswereobtainedat750℃．Besides，thebestdielectricpropertiesweredetectedat750℃．DuetodopantsMgandMn(dopj