梯度BST薄膜的MOD制备及表征

论文摘要

钛酸锶钡铁电薄膜具有介电常数高、热释电系数高、介电损耗低、漏电流小、居里温度可调以及非线性强等特点,成为铁电集成器件领域最广泛研究的铁电薄膜材料之一。组分梯度BST薄膜以组分沿着垂直于衬底方向的变化为特征,通过调节Ba/Sr比来形成梯度结构,近年来成为该领域的研究热点。用钡或锶组分在空间上呈梯度变化的过渡层代替组分均匀的层结构,减缓了薄膜/基片界面突变,并在梯度薄膜中发现了许多新的材料特性,从而产生了梯度BST薄膜在场致发光器件、非线性光学器件、以及微波可调器件中的应用。BST薄膜可采用多种方法进行制备,而金属有机沉积（MOD）法,由于具有成分容易控制、热处理温度低、无需具备真空条件、工艺简便、成本低廉等优势,被广泛应用。本论文采用MOD方法,在硅铂片（Pt/Ti/SiO2/Si）上制备了梯度BaxSr1-xTiO3（BST）薄膜,采用XRD,SEM,AFM分析薄膜的微结构与结晶特性,研究梯度BST薄膜的非线性介电性质,并与单组分BST薄膜进行了比较。主要包括以下内容:首先,通过改变配制前驱溶液以及薄膜热处理的工艺参数,本论文在硅铂片基片上制备了单组分BST薄膜。使用乙二醇甲醚为溶剂配制的前驱溶液来制备薄膜,并且在700-750℃退火120min得到的BST薄膜结晶特性较好。在优化的单组分BST薄膜制备研究基础上,本论文研究了梯度BST薄膜,按照组分沿着垂直于衬底方向呈梯度变化设计了组分梯度BST薄膜。分析显示薄膜呈现多晶状态,梯度BST薄膜的表面平整,界面清晰,薄膜截面大致可观察到薄膜中组分的变化。且梯度膜比单组分膜具有更佳的电学性能,论文对此进行了初步的解释。本论文还进一步研究了不同退火气氛对梯度BST薄膜的影响,薄膜的电性能测试显示,相同热处理条件下在湿氧气氛中退火的梯度BST薄膜具有较好的介电性能,其介电常数可调率达到了56%,介电损耗为1.5%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 铁电材料的概述及其研究进展
• 1.1.1 铁电材料概述
• 1.1.2 铁电材料研究进展
• 1.1.3 铁电薄膜的研究进展
• 1.2 BST薄膜的研究概况
• 1.3 梯度BST薄膜研究进展
• 1.4 论文选题及研究方案
• 第二章 BST薄膜的制备与表征
• 2.1 MOD法制备BST薄膜
• 2.2 BST薄膜微结构表征
• 2.2.1 XRD
• 2.2.2 AFM
• 2.2.3 SEM
• 2.3 BST薄膜电学性质测试
• 第三章 单组分BST薄膜制备工艺的研究
• 3.1 实验过程
• 3.2 溶剂对薄膜晶化的影响
• 3.3 退火时间对薄膜晶化的影响
• 3.4 退火温度对薄膜晶化的影响
• 3.5 薄膜的电容-电压特性
• 3.6 本章小结
• 第四章 梯度BST薄膜的研究
• 4.1 实验过程
• 4.2 实验结果与分析
• 4.2.1 梯度膜制备工艺的研究
• 4.2.2 薄膜退火气氛的研究
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果