【摘要】：近年來隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,對具有特殊性能的材料的需求日益增加,并對其性能提出了更高的要求,研究者們也不斷的努力研究,以期得到擁有更好的性能的材料。首個(gè)被人們所發(fā)現(xiàn)的具有氧八面體結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦型鐵電材料——鈦酸鋇,由于它不僅擁有簡單的結(jié)構(gòu),而且還擁有著鐵電薄膜材料的鐵電、介電、壓電、熱釋電、電光和非線性光學(xué)等效應(yīng);它是重要的功能性薄膜材料之一,因此是現(xiàn)在科研人員研究的一個(gè)熱門薄膜材料。研究者們使用各種不同方法,以期提高它的某一方面性能,然后應(yīng)用于器件,制備出具有更強(qiáng)性能的薄膜器件。本論文使用成本低,工藝參數(shù)易控制的溶膠-凝膠法制備鈦酸鋇薄膜,通過對薄膜工藝參數(shù)及邊界條件的控制,達(dá)到能夠精準(zhǔn)調(diào)控鈦酸鋇薄膜的微觀結(jié)構(gòu);在不同透明基底上制備鈦酸鋇薄膜,測出其透過率,計(jì)算出它的光學(xué)帶隙;使用優(yōu)化后的工藝參數(shù)制備兩種異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鈦酸鋇鐵電薄膜平板電容器,通過對薄膜晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌的表征和電學(xué)性能的測試,研究分析其構(gòu)效關(guān)系。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)研究溶膠配置過程中加入去離子水比例和溶膠濃度對所制備鈦酸鋇薄膜的表面形貌和結(jié)晶度的影響,得出最佳的加水比例和溶膠濃度分別為1:15和0.5 mol/L,進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。(2)研究后期退火時(shí)間、退火方式、退火溫度、和厚度對薄膜結(jié)晶度、表面形貌和電學(xué)性能的影響,得出最佳的后期退火工藝參數(shù):在管式爐中進(jìn)行逐層100℃干燥5 min,350℃熱解5 min,700℃退火10 min,總共旋涂8層。(3)硅基片上LNO氧化物的化學(xué)溶液旋涂法制備,研究旋涂前化學(xué)溶液的配置工藝,溶膠濃度和薄膜厚度對薄膜晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌的影響。結(jié)果表明使用濃度為0.3 mol/L的LNO溶膠,在管式爐中進(jìn)行逐層200℃干燥5 min,400℃熱解5 min,700℃退火10 min,總共旋涂6層,制備出質(zhì)量高的LNO氧化物薄膜,用于制備BTO/LNO異質(zhì)結(jié)構(gòu)鐵電薄膜電容器器件。(4)制備了兩種不同底電極異質(zhì)結(jié)構(gòu)的BTO薄膜電容器結(jié)構(gòu),分別為Au/BTO/LNO/Si和Au/BTO/Pt/Si;研究了Au/BTO/LNO/Si結(jié)構(gòu)中,BTO薄膜在真空中退火和空中退火下晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌和電學(xué)性能,經(jīng)過測試空氣中退火的BTO具有更好的微觀形貌和電學(xué)性能。Au/BTO/LNO/Si和Au/BTO/Pt/Si兩種異質(zhì)結(jié)構(gòu)都制備了550、600、700、800、900和1000℃溫度退火的BTO。發(fā)現(xiàn)兩種結(jié)構(gòu)都是在800℃下鐵電性能和介電性能為最佳;Au/BTO/LNO/Si結(jié)構(gòu)上的鐵電性能略好于后者,Au/BTO/Pt/Si結(jié)構(gòu)上具有更好的介電性能和鐵電耐壓性,更強(qiáng)的介電和鐵電溫度穩(wěn)定性。(5)在透明基片上制備了晶態(tài)和非晶態(tài)的BTO薄膜,使用分光光度計(jì)測量了不同溶膠濃度制備的JGS1基晶態(tài)BTO薄膜的透過率,計(jì)算其光學(xué)帶隙。發(fā)現(xiàn)晶態(tài)BTO薄膜的光學(xué)帶隙隨著溶膠濃度的增加而減小。而在JGS1上制備的非晶態(tài)的BTO薄膜的透過率要高于晶態(tài)薄膜的透過率,且光學(xué)帶隙要大。測量了載玻片上不同厚度非晶態(tài)BTO薄膜的透過率,計(jì)算其光學(xué)帶隙發(fā)現(xiàn)非晶態(tài)BTO薄膜的光學(xué)帶隙隨著厚度的增加而增加。
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM221
【圖文】：

第一章 緒論一定溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化偶極矩，并且自發(fā)極在 32 種晶體學(xué)點(diǎn)群中，只存在 10 種具有特殊極性方C3），4（C4），6（C6），m（C3）,mm2（C2v），3m為極性點(diǎn)群（polar point group）；這些點(diǎn)群的晶體內(nèi)極矩，并且這些電偶極矩沿著自發(fā)極化方向排列[1一個(gè)非線性關(guān)系曲線，稱之為電滯回線曲線，這是就是鐵電體的電滯回線。當(dāng)外加電場為零時(shí)鐵電體化剛好達(dá)到翻轉(zhuǎn)時(shí)的電場稱為矯頑場（Ec），當(dāng)外大極化強(qiáng)度（Pmax）[1]。

B2O6[2]。典型的具有焦綠石結(jié)構(gòu)的材料有焦鈮酸鉛（Pb2N鈮酸鎘（Cd2Nb2O7）等。這類薄膜具有較高的介電常數(shù)和良鐵電薄膜的特征電薄膜由于其結(jié)構(gòu)的特性可以摻雜改性，提高其某一性能，節(jié)中已經(jīng)做了簡單介紹，其化學(xué)通式為 ABO3。A 離子可能子，相應(yīng)地 B 離子可能是價(jià)態(tài)為+5、+4 或者+3 的金屬離分別為順電相下的簡單立方結(jié)構(gòu)和鐵電相下的四方、正交和為鈣鈦礦簡單立方晶胞結(jié)構(gòu)[1,7,8]，其中 A 離子、B 離子、面心和體心處[2]；（b）為氧八面體晶胞結(jié)構(gòu)，O 離子位于的體心處。氧八面體晶胞共頂點(diǎn)連接起來，A 離子置于氧八個(gè)晶體。

鋇四種晶相的晶胞（a）立方晶胞（b）四方晶胞（c）正交晶胞（的鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的鐵電體鈦酸鋇（BTO）為例，對鈣鈦 中的 A、B 離子分別為 Ti離子和 Ba 離子。鈦酸鋇的熔點(diǎn) ℃之間時(shí)，鈦酸鋇為非鐵電體的六方晶系，屬于 6/mmm時(shí)，鈦酸鋇變?yōu)榱⒎较�，氧八面體內(nèi)的空隙比 Ti 離子的體心有一個(gè)振動(dòng)范圍[17]；然而由于溫度大于 120 ℃，溫它偏離或靠近氧離子具有相同的概率，所以導(dǎo)致了它的能，也沒有壓電性能，為順電相[2]。如圖 1.3 中（a）所α=β=γ=90°，屬于 m3m 點(diǎn)群。在溫度為 120 ℃時(shí)，a=0，晶體的對稱性下降，順電相變?yōu)樗姆�、正交和三角三種變換。當(dāng)溫度為 5-120 ℃時(shí)，BTO 為四方相，屬于 4m,17]； 如圖 1.3 中（b）所示，相當(dāng)于立方晶胞的一軸拉長

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本文編號：2789698