本文選題：鐵電薄膜 + 取向生長　； 參考：《湘潭大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：鐵電薄膜優(yōu)異的物理性能更能滿足器件日益微型化的需求,被廣泛應(yīng)用于光電子、微電子和微機(jī)電等領(lǐng)域。薄膜性能的好壞影響著器件性能的優(yōu)劣。不同取向生長的鐵電薄膜具有不同的性能,同時薄膜與基底間的失配應(yīng)變對薄膜相結(jié)構(gòu)具有重要影響,因此有望通過失配應(yīng)變調(diào)控不同取向鐵電薄膜的力-電、熱釋電性能。熱力學(xué)理論作為一種研究鐵電薄膜的有效方法,已在(001)取向薄膜的研究中有較好的應(yīng)用,但其絕大多數(shù)采用的是單疇假設(shè),對于其它取向和多疇鐵電薄膜中的應(yīng)用非常少,迫切需要建立其它取向和多疇狀態(tài)薄膜的熱力學(xué)理論框架。(1-x)PMN-xPT塊體展現(xiàn)出優(yōu)良的機(jī)電性能,但關(guān)于其薄膜力-電、熱釋電性能的優(yōu)化和提高的理論分析相當(dāng)缺乏。為此,本論文建立了不同取向鐵電薄膜的單疇和多疇熱力學(xué)理論框架,以(1-x)PMN-xPT薄膜為例,計算分析了取向和應(yīng)變對(1-x)PMN-xPT相結(jié)構(gòu)、力-電和熱釋電性能的影響,并提出了應(yīng)變調(diào)控優(yōu)化(1-x)PMN-xPT薄膜力-電和熱釋電性能的方案。相關(guān)研究內(nèi)容及主要結(jié)論如下:(1)從(001)取向鐵電單疇塊體熱力學(xué)函數(shù)出發(fā),通過對序參量進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,并考慮薄膜所受由基底引起的失配應(yīng)變,我們建立起(001)、(110)和(111)取向單疇鐵電薄膜的熱力學(xué)理論框架及其力-電、熱釋電性能計算方法。并通過不同疇組合形成多疇模型,通過考慮全局和局域疇壁處的力學(xué)、電學(xué)邊界條件,我們建立起了多疇鐵電薄膜的熱力學(xué)理論框架及其力-電、熱釋電性能計算方法。(2)基于所建立的不同取向單疇鐵電薄膜熱力學(xué)理論框架,計算分析了不同取向單疇(1-x)PMN-xPT薄膜的應(yīng)變-溫度相圖及其力-電、熱釋電性能。研究結(jié)果表明:(111)、(001)、(110)取向單疇(1-x)PMN-xPT薄膜相結(jié)構(gòu)的對稱性依次降低。在相變點(diǎn)處,不同取向單疇(1-x)PMN-xPT表現(xiàn)出較好的介電、壓電性能,且(001)、(110)取向單疇0.7PMN-0.3PT和0.58PMN-0.42PT薄膜表現(xiàn)出比相同組分(111)取向(1-x)PMN-xPT薄膜更優(yōu)的介電、壓電性能,且(110)和(111)取向單疇(1-x)PMN-xPT薄膜表現(xiàn)出比(001)取向薄膜更好的熱釋電性能。(3)基于所建立的多疇鐵電薄膜熱力學(xué)理論框架,計算分析了多疇(1-x)PMN-xPT薄膜的應(yīng)變-溫度相圖及其力-電、熱釋電性能。研究結(jié)果表明:多疇(1-x)PMN-xPT薄膜具有比單疇薄膜更復(fù)雜的相結(jié)構(gòu),且隨著組分的增加,Te(a)/Te(c)與M(aa*)/M(ca*)相的區(qū)域依次增加。在相變點(diǎn)處,多疇(1-x)PMN-xPT薄膜展示出較好的介電、壓電響應(yīng)。多疇0.7PMN-0.3PT薄膜在較大的應(yīng)變范圍內(nèi)不具有面外熱釋電系數(shù),但其在相變點(diǎn)處表現(xiàn)出了比組分x=0.42和0.7的多疇薄膜更好的熱釋電性能。
[Abstract]:The excellent physical properties of ferroelectric thin films can meet the needs of miniaturization of devices, and are widely used in photoelectron, microelectronics, micro-electromechanical and other fields. The performance of the film affects the performance of the device. Different orientation ferroelectric thin films have different properties, and the mismatch strain between the films and the substrate has an important effect on the phase structure of the thin films, so it is expected to regulate the mechanical-electric and pyroelectric properties of different oriented ferroelectric thin films through mismatch strain. As an effective method for the study of ferroelectric thin films, thermodynamics theory has been well applied in the study of oriented films, but most of them are based on single-domain hypothesis, and are seldom used in other oriented and multi-domain ferroelectric thin films. There is an urgent need to establish a thermodynamic theoretical framework for other oriented and multi-domain state films. The bulk of the films shows excellent mechanical and electrical properties, but the theoretical analysis on the optimization and improvement of the mechanical and electrical properties and pyroelectric properties of the films is rather scarce. In this paper, a thermodynamic framework of single-domain and multi-domain for ferroelectric thin films with different orientations has been established. The effects of orientation and strain on the phase structure, mechano-electric and pyroelectric properties of 1-xTP-PMN-xPT thin films have been calculated and analyzed. The scheme of optimizing the mechanical-electric and pyroelectric properties of 1-x PMP-xPT thin films by strain control is also proposed. The relevant research contents and main conclusions are as follows: (1) starting from the thermodynamic function of single-domain block oriented ferroelectric, the coordinate transformation of order parameters is carried out, and the mismatch strain caused by substrate is considered. We have established the thermodynamic theoretical framework of single-domain ferroelectric thin films with single domain orientation and the calculation methods of their force-electric and pyroelectric properties. By considering the mechanical and electrical boundary conditions at the global and local domain walls, the thermodynamic theoretical framework and the force-electricity of the multidomain ferroelectric thin films are established by using different domain combinations to form a multi-domain model, and by considering the mechanical and electrical boundary conditions at the global and local domain walls, the thermodynamics of multi-domain ferroelectric thin films is established. Based on the thermodynamics theory framework of single-domain ferroelectric thin films with different orientations, the strain-temperature phase diagrams and their mechanical and pyroelectric properties of single-domain films with different orientations are calculated and analyzed. The results show that the symmetry of the phase structure of the single domain oriented single domain (1-x) PMN-xPT thin films decreases in turn. At the phase transition point, the single-domain 0.7PMN-0.3PT and 0.58PMN-0.42PT thin films with different orientations exhibit better dielectric and piezoelectric properties than those with the same composition, and the dielectric and piezoelectric properties of the films are better than those of the films with the same composition. On the basis of the thermodynamics theory framework of multidomain ferroelectric thin films, the strain-temperature phase diagram and force-electric properties of multi-domain single-domain monofilms (1-xPM-N-xPT) films are calculated and analyzed based on the thermodynamics theory of multi-domain ferroelectric thin films. Pyroelectric properties. The results show that the phase structure of the films is more complex than that of the single domain films, and the regions of the phases increase with the increase of the components. At the point of phase transition, the multi-domain 1-xPM-N-xPT thin films exhibit good dielectric and piezoelectric responses. The multidomain 0.7PMN-0.3PT films have no out-of-plane pyroelectric coefficient in a large strain range, but they exhibit better pyroelectric properties than the multidomain films with components x _ (0. 42) and 0.7 at the transition point.
【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】：2017
【分類號】：TB383.2

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本文編號：1979485