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《摻雜鈦酸鍶鋇薄膜的制備與電性能的研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要(Sr，Ba)TiO。薄膜在DRAM、相位移器等領(lǐng)域的應(yīng)用前景己成為國內(nèi)外材料研究的主要領(lǐng)域之一。本文以Ba(Ac)。、Sr(Ac)。·煳。0和Ti(oC。H。)。為主要前驅(qū)化合物，研究了sol-gel技術(shù)制備薄膜的工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。冰醋酸、無水乙醇作為溶劑，其用量分別為10～20ml，丙三醇和乙酰丙酮0．5～2mi分別作為表面活性劑和螯合劑時(shí)，制得溶膠的PH值為3～4，粘度為3cp～6cp，濃度為0．3～0．4mol／L。當(dāng)均膠速率為3500r／min，時(shí)間為30s時(shí)，均膠三層的薄膜厚度為450nm。
2、當(dāng)升／降溫速率為0．5～l℃／min，保溫時(shí)間為1小時(shí)，薄膜表面顆粒分布均勻，無裂紋。Pt／Ti02／SiO。／Si(100)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定了Pt電極，避免了電極的剝落。乙酰丙酮是較理想的螯合劑，它能使鈣鈦礦的形成溫度降低到624。C，其機(jī)理為溶膠中的乙酰丙酮由酮式向烯醇式異構(gòu)體的轉(zhuǎn)變，容易地與Ti(COC。H。)。螯合形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而Ba”、Sr“等離子能均勻的分布在此網(wǎng)絡(luò)中，熱分解時(shí)金屬離子能夠均勻地分布，避免了某些陽離子的富集，利于晶相的形成，晶粒能夠均勻地長大，其平均粒徑為80nm。當(dāng)薄膜的退火溫度為750℃、厚度為450nm時(shí)，表現(xiàn)出較
3、好的電性能。SrTi03和BaTi03具有不同的居里溫度點(diǎn)，可以通過調(diào)整Sr／Ba的比例改變SBT薄膜的居里溫度點(diǎn)，獲得最大的介電常數(shù)。在相同測試頻率(1KHz)下，在低阻硅(3～6Qcm)基片上制備的薄膜，Sr／Ba比為0．5(№)時(shí)，Sr。。BaojTi03薄膜相對(duì)于其它Sr／Ba比的薄膜而言，其相對(duì)介電常數(shù)er最大(￡r---一78)，介質(zhì)損耗tan6最小(tan6=0．057)，最大介電常數(shù)溫度點(diǎn)Tm為305K；但當(dāng)同樣Sr／Ba=O．5的薄膜在高阻硅(3000Qcm)基片上生成時(shí)，er和tan6分別為100．54和0．060，Tm
4、為308K，其性能遠(yuǎn)優(yōu)于低阻硅基片上生長的薄膜。在兩種基片上沉積的薄膜均具有良好的介頻特性。微量元素鉍、釔(其摻量范圍分別為0．000～0．030m01)和鈮(其摻量范圍為0．000～0．0412m01)均降低了SBT薄膜的介質(zhì)損耗tan6，且隨著微量元素添加量的增加，最大介電常數(shù)溫度點(diǎn)Tm逐漸移向低溫，介電常數(shù)峰的半高寬增武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文加，峰高降低，呈現(xiàn)較強(qiáng)的彌散相變特征。只有當(dāng)適量的微量元索存在時(shí)，薄膜的介電常數(shù)得到明顯的提高，例如當(dāng)測試頻率為IKHz，y元素的理想摻量為0．015mol時(shí)，薄膜Sr。5B亂mY。。。sTi03
5、的er和tan6分別為74．2和0．067，均優(yōu)于其它Y摻量的薄膜。Nb大大的降低了薄膜的Tm溫度和介質(zhì)損耗，例如0．0412moi的Nb元素使Sr。。Bm．5TiO。薄膜的Tm從305K降低到277K，tan6從0．09降低到0．067。微量元素取代Ba”或Ti4+后形成了不同的缺陷類型及濃度，影響了退火處理時(shí)離子的擴(kuò)散速率、晶粒的生長以及偶極子的形成及極化，呈現(xiàn)出性質(zhì)的差別。SBT薄膜中鐵電疇結(jié)構(gòu)即非90。也非1800，其疇寬度約為I～3nm。隨Bi含量的增加Sr。；Ba0．5--xBi，TiO。薄膜的電滯回線矩形度增大，當(dāng)Bi元素含量
6、為0．015mol，測試條件為100Hz、20V時(shí)，薄膜Sr。。B礬。。BiO．Ot5TiO。的剩余極化強(qiáng)度Pr為0．22uC／cm2，飽和極化強(qiáng)度Ps為0．32pC／cm2，矯頑場為60KV／cm。采用SEM、EDS、TEM、HRTE}d測試手段研究了薄膜的表面、斷面結(jié)構(gòu)、Ti”、Ba“、sr”元素的線分布以及顆粒的大小、晶格條紋、品界結(jié)構(gòu)。當(dāng)Sr／Ba比為0．5時(shí)，即SrⅡ。B函．；TiO。薄膜表面平整、無裂紋、顆粒分布均勻，其粒徑為80--lOOnm。摻加少量的鉍元素后，存在某些晶粒的異常長大現(xiàn)象，使得其尺寸分布較寬，例如sr。Ba0
7、．。Bi仉叭JiO。(B。)薄膜的顆粒尺寸在50～llOnm范圍內(nèi)，平均尺寸約為80nm。y3+和Nb”離子的存在將使薄膜中的晶粒顆粒減少，例如Sr。。Bao?！轞oo．TTiO。和sr。B礬。Ti㈣。Nb(}．0412TiO。薄膜的粒徑分別為70hm和60nm。在高阻硅(3000Qcin)基片上沉積的薄膜，顆粒排列緊密，小空洞較少。不論是否存在微量元素，結(jié)構(gòu)中均存在著共格晶界、非共格晶界，晶粒的生長取向存在著定向和非定向兩種類型。薄膜的斷面形貌清晰、厚度均勻。根據(jù)斷面上sr”、Ba”和Ti”離子的分布規(guī)律，可求得薄膜的厚度約為450hm。
8、SBT薄膜的礦物相為四方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，但隨著組成中Ba”離子摩爾含量的增加，sr。一xBa,Ti03的鈣鈦礦特征衍射面(110)及四方晶系的特征衍射面(200)和(002)衍射強(qiáng)度
