本文關(guān)鍵詞：NKBT-BHFCO鐵電薄膜的制備及性能研究

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【摘要】：采用溶膠-凝膠法在Pt(111)/Ti/SiO_2/Si襯底上制備了四種體系的鐵電薄膜。首先制備了Ho和Cr共摻的Bi_(1-x)Ho_xFe_(0.97)Cr_(0.03)O_3(BH_xFCO)鐵電薄膜,并探究共摻后薄膜的電學(xué)性能;其次制備了Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3(NBT)和(Na0.82K0.18)_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3(NKBT)薄膜,驗(yàn)證了三方-四方的準(zhǔn)同型相對鐵電薄膜性能的影響;最后以NKBT為基體,摻入BHFCO,二者固溶形成(1-x)NKBT-x BHFCO薄膜,并研究了不同的BHFCO含量對薄膜性能的影響。主要的研究工作與結(jié)論如下:首先,550℃下退火,分別制備BiFeO_3(BFO)、BH_xFCO薄膜(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20),探究了Ho、Cr共摻對薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響,得出了最佳Ho摻雜比例:x=0.15。BH_(0.15)FCO薄膜的電滯回線具有較好的矩形度、較高的介電常數(shù)(ε_(tái)r=270)和較小的介電損耗(tanδ=0.05),而且其漏電流密度比BiFeO_3薄膜的漏電流密度降低了約3個(gè)數(shù)量級。其次,680℃下退火,制備了NBT、NKBT薄膜,并表征了薄膜的微觀結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:NKBT薄膜的剩余極化強(qiáng)度較大(2P_r≈25μC/cm~2)、矯頑場較小(2Ec≈9.29 kV/cm)。NKBT的漏電流比NBT的漏電流要小1個(gè)數(shù)量級,K摻雜有效的改善了NBT的漏電特性。NKBT薄膜的介電性能改善尤為明顯:首先是其C-V曲線具有明顯的蝴蝶形回線;其次,NKBT薄膜的ε_(tái)r大幅度增大(約為570),介電損耗較小(約為0.06)。最后,680℃下退火,制備了(1-x)NKBT-x BHFCO(x=0.01,0.03,0.05,0.07)薄膜,研究了不同BHFCO的含量對二元固溶薄膜性能的影響,并探究最優(yōu)的摻雜比例。結(jié)果表明:將BHFCO摻入NKBT后形成的二元固溶體,并沒有改變NKBT的晶體結(jié)構(gòu);隨著BHFCO摻雜量的增加,薄膜的剩余極化值2P_r略有增大,當(dāng)x大于0.05時(shí),2P_r反而隨BHFCO含量的增大而減小;但薄膜的電滯回線在x=0.05處,有最好的飽和矩形度,此時(shí)2P_r為71.3μC/cm~2。薄膜的矯頑場在x=0.05達(dá)到最小(2Ec=530 kV/cm)。薄膜的漏電流比純的BHFCO和NKBT薄膜的漏電流要小一到兩個(gè)數(shù)量級。其中,測試電場為300 kV/cm,BH_(0.15)FCO的摻雜量為5%時(shí),薄膜的漏電流最小(約為2.1×10~(-6) A/cm~2),ε_(tái)r最大(約為493)。固溶薄膜的介電損耗(tanδ)是隨著頻率的增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,當(dāng)x=0.05時(shí),薄膜的tanδ最小(約為0.04)。此外,測試了薄膜的介電溫譜,發(fā)現(xiàn)固溶薄膜的居里溫度(Tc)在450±10℃。分析了不同膜厚下,撓曲電效應(yīng)對鐵電薄膜的介電性能的影響,結(jié)果表明,撓曲電效應(yīng)在鐵電薄膜的最大介電常數(shù)減少方面發(fā)揮了重要的作用。
【關(guān)鍵詞】：溶膠-凝膠法 BFO薄膜 NBT薄膜 共摻雜
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-25
• 1.1 鐵電材料10-13
• 1.1.1 鐵電材料的發(fā)展史和研究現(xiàn)狀10-12
• 1.1.2 鐵電材料的種類12-13
• 1.2 鐵電薄膜13-14
• 1.2.1 鐵電薄膜的發(fā)展歷史13
• 1.2.2 鐵電薄膜性能及應(yīng)用13-14
• 1.3 多鐵性BiFeO_3薄膜14-19
• 1.3.1 BiFeO_3薄膜的概述15
• 1.3.2 BiFeO_3薄膜的性質(zhì)15-17
• 1.3.3 BiFeO_3薄膜的摻雜改性17-19
• 1.4 Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4.1 Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的概述19-20
• 1.4.2 Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的性質(zhì)及應(yīng)用20
• 1.4.3 Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的摻雜改性20-21
• 1.5 撓曲電效應(yīng)對鐵電薄膜介電性能的影響21-22
• 1.6 本文選題依據(jù)和主要內(nèi)容22-25
• 1.6.1 選題依據(jù)22-23
• 1.6.2 研究思路和主要內(nèi)容23-25
• 第2章 薄膜的制備技術(shù)及分析測試方法25-32
• 2.1 鐵電薄膜的制備技術(shù)25-28
• 2.1.1 磁控濺射法25-26
• 2.1.2 脈沖激光沉積法26
• 2.1.3 溶膠-凝膠法26-27
• 2.1.4 金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法27-28
• 2.2 鐵電薄膜的分析測試方法28-31
• 2.2.1 薄膜微觀結(jié)構(gòu)的表征28-29
• 2.2.2 薄膜電學(xué)性能的測試29-31
• 2.3 本章小結(jié)31-32
• 第3章 BH_xFCO多鐵薄膜的制備及表征32-41
• 3.1 引言32-33
• 3.2 Sol-Gel法制備BHFCO鐵電薄膜33-35
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)所用原材料33
• 3.2.2 前驅(qū)體溶液的配制33-34
• 3.2.3 襯底的選擇與處理34
• 3.2.4 薄膜制備流程34-35
• 3.3 BH_xFCO鐵電薄膜的表征35-40
• 3.3.1 BH_xFCO鐵電薄膜的XRD分析35-36
• 3.3.2 BH_xFCO鐵電薄膜的SEM分析36-37
• 3.3.3 BH_xFCO鐵電薄膜的鐵電性能測試37-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第4章 NKBT鐵電薄膜的制備及表征41-47
• 4.1 引言41
• 4.2 Sol-Gel法制備NBT、NKBT薄膜41-42
• 4.2.1 前驅(qū)體溶液的配制41-42
• 4.2.2 薄膜的制備42
• 4.3 NBT、NKBT薄膜的性能表征42-46
• 4.3.1 NBT、NKBT薄膜的XRD分析43
• 4.3.2 NBT、NKBT薄膜的SEM分析43-44
• 4.3.3 NBT、NKBT鐵電薄膜的電學(xué)性能測試44-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 第5章 (1-x)NKBT-x BHFCO鐵電薄膜的制備及表征47-58
• 5.1 引言47
• 5.2 探究BFO與NBT、KBT的兼容性47-49
• 5.3 Sol-Gel法制備(1-x)NKBT-x BHFCO薄膜49-50
• 5.4 (1-x)NKBT-x BHFCO薄膜的表征50-56
• 5.4.1 (1-x)NKBT-x BHFCO薄膜的XRD分析50
• 5.4.2 (1-x)NKBT-x BHFCO薄膜的SEM分析50-51
• 5.4.3 (1-x)NKBT-x BHFCO薄膜的鐵電性能51-52
• 5.4.4 (1-x)NKBT-x BHFCO薄膜的漏電比較52-53
• 5.4.5 (1-x)NKBT-x BHFCO薄膜的介電性能53-56
• 5.5 本章小結(jié)56-58
• 第6章 結(jié)論與展望58-60
• 6.1 結(jié)論58-59
• 6.2 展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-66
• 致謝66-67
• 附錄A:個(gè)人簡歷67-68
• 附錄B:攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文與參加的會(huì)議目錄68

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本文編號：635969