CCTO/PZT复合多层薄膜的结构与电性能

论文摘要

本文利用溶胶凝胶法分别制备了PZT和CCTO溶胶,通过改变CCTO前驱体浓度、退火方式、退火温度、复合薄膜的结构和La掺杂等薄膜制备工艺,研究了不同工艺参数对复合薄膜结构和性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)对复合薄膜的表面形貌和断面进行了观察。利用X射线衍射技术(XRD)对复合薄膜的相结构进行了研究,同时,利用铁电分析仪和精密阻抗分析仪对其铁电性能和介电性能进行了测量。研究结果表明所制备的PZT薄膜为纯的钙钛矿相,并且薄膜都表现出较强的(100)择优取向。CCTO薄膜在0.05M的前驱体浓度下,采用传统退火方式可获得具有高度(100)择优取向的纯CCTO物相。PZT薄膜展现出较好的铁电性能,具有高的剩余极化强度和低的矫顽场。CCTO薄膜表现出非铁电性能的电滞回线,且其漏电流较大。CCTO薄膜的介电常数随制备工艺变化较大,可制备出介电常数小于100的CCTO薄膜。对于PZT/CCTO复合薄膜的研究结果表明,不同前驱体浓度的CCTO对PZT/CCTO叠层(五层)结构薄膜的相组成有很大的影响。在PZT与前驱体浓度为0.02mol/L的CCTO复合时,由于CCTO很薄,只有5nm,复合薄膜表现出较强的PZT (100)择优取向。随着CCTO前驱体浓度的增加,即叠层结构中CCTO厚度的增加,复合薄膜的择优取向消失。采用PZT/xCCTO/PZT复合模式,通过调控CCTO夹层的厚度,观察复合薄膜的物相表明,当CCTO夹层厚度低于26 nm时,薄膜中只有PZT的衍射峰,当CCTO夹层厚度高于39 nm时,复合薄膜中同时出现CCTO和PZT的衍射峰,表明在PZT/CCTO复合薄膜中,只有较厚的CCTO层才能促使复合薄膜中CCTO的结晶。复合薄膜的电性能测试结果表明,在PZT/CCTO/PZT/CCTO/PZT叠层结构薄膜中,合理的控制CCTO的厚度和结晶状态,可获得异常铁电效应,在保持高的剩余极化强度的同时,出现了极大的矫顽场,最高可达1400kV/cm。该矫顽场比目前文献中所报导的最大的矫顽场约大3倍。具有极大矫顽场铁电性能的复合薄膜具有大的热释电系数,同时通过工艺调控可获得较小的介电常数和介电损耗,从而获得极大的探测优值,可为非制冷红外探测器的研制奠定材料基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 PZT 国内外研究现状
• 1.2.1 PZT 的结构与制备
• 1.2.2 PZT 的性能
• 1.3 CCTO 国内外研究现状
• 1.3.1 CCTO 的结构与制备
• 1.3.2 CCTO 的性能
• 1.4 本论文主要研究内容
• 第2章 材料制备及研究方法
• 2.1 PZT 和CCTO 溶胶的配制
• 2.1.1 PZT 溶胶的配制
• 2.1.2 CCTO 溶胶的配制
• 2.2 PZT 和CCTO 薄膜及其复合多层薄膜的制备
• 2.2.1 试样材料制备
• 2.2.2 制备复合薄膜的设备
• 2.2.3 复合薄膜制备工艺参数
• 2.2.4 复合薄膜制备流程
• 2.3 分析方法
• 2.3.1 X 射线衍射物相分析
• 2.3.2 X 射线衍射织构度分析
• 2.3.3 薄膜SEM 形貌观察
• 2.3.4 薄膜介电性能测量
• 2.3.5 薄膜铁电性能测量
• 第3章 单层CCTO 和PZT 薄膜结构与性能表征
• 3.1 引言
• 3.2 PZT 薄膜结构分析
• 3.2.1 PZT 薄膜厚度表征
• 3.2.2 PZT 薄膜的相结构
• 3.2.3 PZT 薄膜的织构
• 3.3 PZT 薄膜性能测试
• 3.3.1 PZT 薄膜的铁电性能
• 3.3.2 PZT 薄膜的介电性能
• 3.3.3 PZT 薄膜的漏电流
• 3.4 CCTO 薄膜结构分析
• 3.4.1 前驱体浓度对CCTO 薄膜厚度的影响
• 3.4.2 前驱体浓度对CCTO 薄膜相结构的影响
• 3.4.3 CCTO 薄膜织构分析
• 3.5 CCTO 薄膜性能测试
• 3.6 本章小结
• 第4章 PZT/CCTO 复合多层薄膜的结构分析
• 4.1 引言
• 4.2 PZT/CCTO 叠层结构薄膜的相组成
• 4.2.1 CCTO 前驱体浓度对PZT/CCTO 叠层结构薄膜相组成的影响
• 4.2.2 晶化温度对PZT/CCTO 叠层结构薄膜相组成的影响
• 4.2.3 CCTO 夹层厚度对PZT/CCTO 三层结构薄膜相组成的影响
• 4.3 La 掺杂PZT/CCTO 叠层结构薄膜的相组成
• 4.4 复合多层膜SEM 形貌观察
• 4.5 本章小结
• 第5章 PZT/CCTO 复合多层薄膜电性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 PZT/CCTO 复合多层薄膜铁电性能
• 5.2.1 CCTO 不同前驱体浓度的复合多层薄膜铁电性能
• 5.2.2 不同晶化温度的复合多层薄膜铁电性能
• 5.2.3 CCTO 厚度调制复合多层薄膜铁电性能
• 5.2.4 PZT/CCTO 复合薄膜的漏电流
• 5.3 PZT/CCTO 复合多层薄膜的介电性能
• 5.3.1 CCTO 不同前驱体浓度的复合多层薄膜介电性能
• 5.3.2 不同晶化温度的复合多层薄膜介电性能
• 5.3.3 CCTO 薄膜厚度调制复合多层薄膜介电性能
• 5.4 PZT/CCTO/PZT 硬电现象机理研究
• 5.5 PZT/CCTO 复合多层薄膜的热释电性能
• 5.6 PLZT/CCTO 复合多层薄膜的电性能
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢