锆钛酸铅铁电薄膜的织构与残余应力研究

论文摘要

本文采用溶胶凝胶方法制备了（100）织构的锆钛酸铅(Pb (Zr0.52Ti0.48)O3，PZT )薄膜。利用广角X射线衍射技术研究了PZT薄膜的相结构；利用X射线ω扫描技术分析了PZT薄膜的晶体学织构及其弥散度；利用铁电性能测量仪测定了PZT薄膜的铁电性能。XRD物相分析结果表明，通过调节溶胶凝胶工艺和热处理工艺，可以制备出高度（100）织构的PZT薄膜。铁电性能测量结果表明，薄膜的剩余极化强度2P r最高达到61.92μc/cm2，矫顽场E c30kV/cm左右。研究了界面层对薄膜物相与织构的影响，XRD结果表明PLCT界面层有助于（100）织构的获得，而PbO界面层的引入可以改良薄膜的漏电性能。利用扫描电子显微镜（SEM ）和电子能谱分析（EDS）分析了Sol-gel法制备的PZT薄膜的引起漏电的可能机制，研究了微孔导电机制与晶界贯穿导电机制及解决办法。提出了直流电场热处理方法，研究结果表明，直流电场热处理可以有效地调整薄膜的残余应力并提高薄膜性能。略低于居里温度的直流电场热处理能有效的减小PZT薄膜内部的残余拉应力并提高PZT薄膜的剩余极化强度，2Pr值从48.47μc/cm2上升到61.92μc/cm2，增幅可达28%。高直流电场热处理能够诱发R相向Cm相的转变，提高PZT薄膜的剩余极化强度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 PZT 铁电薄膜的制备方法
• 1.2.1 脉冲激光沉积法
• 1.2.2 化学气相沉积法
• 1.2.3 溶胶凝胶法
• 1.2.4 溅射法
• 1.3 PZT 铁电薄膜的残余应力
• 1.4 PZT 薄膜的铁电性能
• 1.5 PZT 铁电薄膜的应用
• 1.6 本文主要研究目的和意义
• 第2章 材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 溶胶凝胶 PZT 薄膜的制备工艺参数
• 2.3 研究方法
• 2.3.1 X 射线衍射分析
• 2.3.2 小角 X 射线散射分析
• 2.3.3 显微组织扫描电子显微镜观察及能谱分析
• 2.3.4 残余应力测量
• 2.3.5 X 射线光电子谱分析
• 2.3.6 铁电性能测量
• 第3章 PZT 铁电薄膜的晶化行为分析及织构控制
• 3.1 引言
• 3.2 PZT 薄膜的结构分析
• 3.2.1 PZT 粉体的典型物相
• 3.2.2 薄膜厚度的测定
• 3.2.3 薄膜厚度对薄膜物相的影响
• 3.2.4 预烧温度对薄膜物相的影响
• 3.2.5 退火温度对薄膜物相的影响
• 3.2.6 退火温度对薄膜 PtTi 化合物的影响
• 3.3 溶胶凝胶 PZT 薄膜的织构
• 3.3.1 薄膜纤维型织构的描述
• 3.3.2 薄膜纤维织构的? 扫描分析方法
• 3.3.3 PZT 薄膜的织构分析
• 3.4 界面层对 PZT 薄膜物相与织构的影响
• 3.4.1 PbO 界面层对薄膜物相与织构的影响
• 3.4.2 PLCT 界面层对薄膜物相与织构的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 PZT 薄膜微观组织与导电机制
• 4.1 引言
• 4.2 PZT 薄膜的成分分析
• 4.3 PZT 薄膜的组织形貌
• 4.4 PZT 薄膜的导电机制的研究
• 4.4.1 微孔导电机制
• 4.4.2 晶界贯穿导电机制
• 4.5 本章小结
• 第5章 PZT 薄膜相变行为与残余应力分析
• 5.1 引言
• 5.2 PZT 相图及相变行为
• 5.3 PZT 各相衍射峰位置的计算
• 5.4 薄膜残余应力的掠入射 X 射线分析
• 5.5 直流电场热处理 PZ T 薄膜的残余应力
• 5.5.1 直流电场热处理原理
• 5.5.2 低电压直流电场热处理对薄膜残应力及铁电性能的影响
• 5.5.3 高电压电场热处理对薄膜相组成的影响
• 5.5.4 电场热处理温度对铁电性能的影响
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间撰写的论文及申请的专利
• 致谢