论文摘要
铋层状铁电材料（Bismuth Layer-structured Ferroelectrics, BLSFs）因具有较大的剩余极化强度Pr,较低的矫顽场Ec以及抗疲劳性能好等优点,成为非挥发性铁电随机存储器（NonvolatileRandom Access Memory, NVFeRAMs）影研究的主要材料。BLSFs的化学通式为（Bi2O2）2+（Am-1BmO3m+1）2-,其中（Bi2O2）2+为层状结构,（Am-1BmO3m+1）2为类钙钛矿结构,层状结构（Bi202）2+（简称铋层）与类钙钛矿结构层（以氧八而体B06为标志）交替排列,A一般为+1,+2或者+3价离子,B为+3,+4或者+5价离子,m为类钙钛矿层（氧八面体BO6）的个数。一种典型的铋层状钙钛矿结构铁电材料SrBi4Ti4O15（SBTi）,有着较大的剩余极化强度和较好的抗疲劳性能,但是其居里温度（520℃）较低,限制了它在高温高压装置上的应用。CaBi4Ti4O15（CBTi）是与SBTi结构相同的铋层状钙钛矿结构铁电材料,其突出的优点恰是居里温度较高（790℃）。为此,本课题组对SBTi铁电薄膜进行了Ca2+取代改性研究,结果表明,Ca2+取代Sr2+量为0.4时,即Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15（简称Ca0.4Sr0.6BTi）薄膜样品的铁电性能良好。LaNiO3（简称LNO）薄膜,且具有良好的化学和热稳定性。其品格常数为0.384nm,与大多数铁电薄膜的品格常数相近,特别是具有赝立方结构,可以和具有钙钛矿结构的铁电材料较好地实现晶格匹配。因此LNO薄膜在作为铁电薄膜底电极方面的应用具有广阔前景。本文以LNO薄膜及Ca0.4Sr0.6BTi/LNO薄膜取为研究对象进行了系统的探讨和研究,并取得了一些有意义的结果。首先利用溶胶-凝胶法在Si（100）基片上制备了LNO氧化物导电薄膜。研究了前躯体浓度、热分解温度、退火温度、退火时间、薄膜厚度等不同工艺条件对LNO薄膜结构和导电性的影响,总结了制备具有（110）择优取向且电阻率较低的LNO薄膜最佳制备工艺条件为：前躯体浓度为0.2mol/L,热分解温度为350℃、退火温度为750℃,退火时间600s,厚度为250nm。SEM照片表明LNO薄膜表面致密平整,没有裂纹等缺陷,为后续的Ca0.4Sr0.6BTi薄膜的生长提供了平滑的界面。同时发现,LNO薄膜与Si在晶格上存在一种匹配关系：{LNO[110]//Si[100]}。其次在LNO缓冲层上制备了Ca0.4Sr0.6BTii薄膜样品。研究了不同LNO制备工艺条件对Ca0.4Sr0.6BTi铁电薄膜的影响。研究发现,Ca0.4Sr0.6BTi薄膜并没有因LNO缓冲层的引入而产生杂相,得到的仍为纯铋层状钙钛矿结构,薄膜样品呈a取向择优。同时发现,LNO薄膜与Si在晶格上存在一种匹配关系：{LNO[110]//Ca0.4Sr0.6BTi[100]}。探讨了LNO缓冲层厚度对Ca0.4Sr0.6BTi薄膜结构和性能的影响,发现当引入的LNO缓冲层厚度为250nm时,Ca0.4Sr0.6BTi薄膜I（200）/I（119）为1.2,介电常数（εr）为230,损耗因子（tanδ）为0.068,剩余极化强度（Pr）为17.5μC/cm2,对应矫顽电场（Ec）为84.6kV/cm。最后研究了匀胶速度、热分解温度与热处理温度对Ca0.4Sr0.6BTi/LNO薄膜取向和性能的影响。用X射线衍射表征了薄膜的晶体结构,用扫描电镜观察了样品显微形貌。根据实验结果和分析,得出制备a轴择优的Ca0.4Sr0.6BTi/LNO薄膜的优化热处理工艺条件为：匀胶速度4000r/min,热分解温度400℃,退火温度为725。C。所制备的a择优取向的Ca0.4Sr0.6BTi/LNO薄膜样品结晶良好,I（200）/I（119）为1.5,晶粒多呈球状。电性能测试结果显示剩余极化强度较高,Pr为19.4μC/cm2,对应矫顽电场为50kV/cm,介电常数为249,表现出良好的电学性能。