镍掺杂BST薄膜的制备及性能研究

论文摘要

钛酸锶钡是钛酸钡（BaTiO3）和钛酸锶（SrTiO3）的连续固溶体,属于ABO3型钙钛矿结构,其具有高介电常数、低介电损耗、低漏电流密度、居里温度可调,以及显著的热释电效应和较低的消光系数等特点,在动态随机存储器、热释电红外探测器、微波调谐器、移相器、滤波器等方面有着广泛的应用。随着大规模集成电路的快速发展,薄膜材料成为人们研究的热点,如何制备出结晶度良好,电学及光学性能优越的钛酸锶钡薄膜材料,也成为热点之一。本文采用溶胶-凝胶法,制备纯相Ba0.6Sr0.4Ti03（BST）薄膜,并进行不同含量镍掺杂,研究镍掺杂对BST薄膜各种性能的影响,具体研究成果如下：（1）通过多次实验,分别在LNO衬底、Si衬底和石英衬底上成功生长出了质量优良的纯BST及不同含量镍掺杂的BST薄膜。（2）使用X射线衍射（XRD）,分别研究了不同衬底上、不同乙酰丙酮加入量,以及不同含量镍掺杂BST薄膜的微结构；使用扫描电子显微镜（SEM）研究了LNO衬底上BST薄膜的表面形貌和截面情况；使用原子力显微镜（AFM）研究了LNO衬底上,镍掺杂对BST薄膜的三维表面形貌的影响。结果表明,LNO衬底上,10%镍掺杂的BST薄膜的结晶质量最好,表面平整,晶粒略有增大。（3）使用电学测试仪器,研究了镍掺杂对BST薄膜铁电及介电性能的影响。结果显示,镍的掺入能有效改善BST薄膜的铁电性能,当掺镍量为10%时,电滞回线曲度明显且出现饱和,外加电压为20V时,剩余极化强度约为2.8μC/cm2,矫顽电场约为16kV/cm;镍的掺入使介电常数增大,介电损耗减小,有效改善了BST薄膜的介电性能。（4）进行拉曼光谱测试,进一步表明镍的掺入对BST薄膜的微观结构产生了一定程度的优化影响。椭圆偏振光谱测试结果表明,镍的掺入会减小BST薄膜的折射率。透射光谱显示,薄膜的透明度很高,数据处理得到各BST薄膜的禁带宽度在4eV附近。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 铁电材料的介绍
• 1.1.1 铁电性的发现
• 1.1.2 铁电材料的结构及性质
• 1.1.3 铁电材料的研究进展及应用
• 1.2 钛酸锶钡材料的介绍
• 1.2.1 钛酸锶钡的晶体结构
• 1.2.2 钛酸锶钡薄膜的性能和应用
• 1.2.3 钛酸锶钡薄膜的制备方法和研究进展
• 1.3 本论文的工作
• 参考文献
• 第二章 镍掺杂BST薄膜的Sol-Gel法生长
• 2.1 溶液的配制
• 2.1.1 配液前的计算准备
• 2.1.2 溶液配制过程
• 2.1.3 溶液配制注意事项
• 2.2 薄膜的旋涂
• 2.3 快速热退火
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 镍掺杂BST薄膜的晶格结构和表面形貌
• 3.1 BST薄膜晶格结构的研究
• 3.1.1 不同衬底上的BST薄膜晶格结构的研究
• 3.1.2 前躯体溶液中乙酰丙酮剂量的不同
• 3.1.3 不同掺镍量的BST薄膜
• 3.2 BST薄膜的SEM分析
• 3.3 镍掺杂BST薄膜的AFM表面形貌分析
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 镍掺杂对BST薄膜电学性能的影响
• 4.1 镍掺杂对BST薄膜铁电性能的影响
• 4.2 镍掺杂对BST薄膜介电性能的影响
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 第五章 镍掺杂对BST薄膜光学性能的影响
• 5.1 镍掺杂BST薄膜的拉曼光谱分析
• 5.2 镍掺杂BST薄膜的椭圆偏振光谱分析
• 5.3 镍掺杂BST薄膜的透射光谱分析
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 结论与展望
• 攻读学位期间发表的学术
• 致谢