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掺杂钛酸钡薄膜的合成及性能研究

作　者: 刘志鹏
导　师: 褚君浩；杨平雄
学　校: 华东师范大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 钛酸钡 薄膜 溶胶-凝胶 掺杂 介电性能 铁电性能
分类号: TM221
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


钛酸钡是非常古老铁电材料之一,人们从上个世纪中后期便开始对这种材料进行了研究。它不仅具有较高的介电常数,还具有良好的铁电,压电,热释电以及良好的光电性能,常应用于非易失性存储器、动态随机存储器,热释电探测器、光电开关和光调制器等等,因此,一直是人们研究的热点铁电材料之一。然而,目前钛酸钡薄膜材料的制备仍然还有很多难关没有攻克,使用一般工艺制备的钛酸钡薄膜,通常介电常数较小,损耗较大,且电滞回线不饱和,因此这方面的研究一直受到人们的关注。本文便是针对上述情况,对钛酸钡薄膜的制备和性能进行了改良。本文主要采用掺杂的方法对钛酸钡薄膜进行性质改良,选用了Fe和Co为主的元素进行了掺杂,考虑到过多的掺杂量可能对钛酸钡薄膜造成不良影响,因此我们选择对薄膜进行微量掺杂。具体研究成果如下：(1)本文对传统溶胶-凝胶法的前躯体配制进行了改良,成功配制出了掺Fe和掺Co的钛酸钡前躯体；分别在Si衬底和LNO导电衬底上成功制备了掺Fe和掺Co的钛酸钡薄膜；同时研究了钛酸钡薄膜的脉冲激光沉积法生长工艺及薄膜性能。(2)使用X射线衍射(XRD),分别研究了,在低温退火条件下,前躯体中掺入乳酸的条件下,以及不同衬底下(Si和LNO),两种不同掺杂(Co和Fe)钛酸钡薄膜的微结构；使用原子力显微镜(AFM)研究了未掺杂钛酸钡薄膜,Co掺杂和Fe掺杂钛酸钡薄膜在不同衬底上的表面形貌。(3)使用各种电学,介电,铁电相关仪器研究了Co和Fe不同掺杂钛酸钡薄膜,以及不同退火温度下掺杂钛酸钡薄膜介电常数和介电损耗与外电场的关系；研究了Co和Fe不同掺杂钛酸钡薄膜,以及不同退火温度下掺杂钛酸钡薄膜漏电性质以及铁电性能。研究发现,Fe的掺入可以很好的改善钛酸钡薄膜的铁电性能,并可以限制钛酸钡薄膜的漏电流。初步研究了钛酸钡薄膜的拉曼光谱和反射光谱,以及磁学性能。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-10
第一章 绪论  10-26
  1.1 引言  10
  1.2 铁电材料的研究历史  10-14
    1.2.1 铁电性的发现  10-11
    1.2.2 铁电材料的结构类型  11-13
    1.2.3 铁电材料的性质  13
    1.2.4 铁电材料的应用  13-14
  1.3 钛酸钡薄膜的结构,性能及研究进展  14-20
    1.3.1 钛酸钡的晶体结构  14-17
    1.3.2 钛酸钡铁电性的产生机理  17-18
    1.3.3 钛酸钡的应用  18
    1.3.4 钛酸钡的研究进展及实际意义  18-20
  1.4 BTO薄膜的制备方法  20-25
    1.4.1 溶胶-凝胶(Sol-Gel)法  20-22
    1.4.2 脉冲激光沉积法(PLD)  22-23
    1.4.3 溅射法  23-24
    1.4.4 化学气相沉积法  24
    1.4.5 分子束外延  24-25
  1.5 本论文的工作  25-26
第二章 掺杂BTO薄膜的Sol-Gel法生长  26-32
  2.1 掺杂钛酸钡薄膜前驱体的制备  26-29
    2.1.1 前躯体配制前的计算准备  27-28
    2.1.2 掺Fe钛酸钡薄膜前驱体的制备  28-29
    2.1.3 掺Co钛酸钡薄膜前驱体的制备  29
    2.1.4 掺Zn钛酸钡薄膜前驱体的制备  29
  2.2 匀胶过程  29-30
  2.3 快速热退火  30
  2.4 LaNiO_3(LNO)导电衬底的制备  30-31
  2.5 本章小结  31-32
第三章 掺杂BTO薄膜的晶格结构和表面形貌研究  32-40
  3.1 掺杂BTO薄膜的晶格结构研究  32-37
    3.1.1 低温条件下退火  32-33
    3.1.2 BTO前躯体中掺入乳酸  33-34
    3.1.3 不同衬底上的BTO薄膜  34-36
    3.1.4 Fe掺杂和Co掺杂BTO薄膜  36-37
  3.2 掺杂BTO薄膜的表面形貌  37-39
  3.3 本章小结  39-40
第四章 掺杂BTO薄膜的介电及铁电性能研究  40-62
  4.1 掺杂BTO薄膜的介电性能研究  40-44
    4.1.1 BCTO和BFTO薄膜的介电常数和介电损耗与频率关系  42-43
    4.1.2 不同退火温度下掺杂BTO薄膜的介电常数和介电损耗与频率关系  43-44
  4.2 掺杂BTO薄膜的铁电性能研究  44-50
  4.3 掺杂BTO薄膜介电常数、介电损耗与电场强度的关系  50-53
    4.3.1 未掺杂BTO薄膜的介电常数、介电损耗与电场强度的关系  50-51
    4.3.2 BFTO薄膜的介电常数、介电损耗与电场强度的关系  51-53
  4.4 BTO薄膜其他性能探究  53-60
    4.4.1 掺杂BTO薄膜的拉曼光谱  53-54
    4.4.2 掺杂BTO薄膜的反射谱  54-55
    4.4.3 BFTO薄膜的磁性检测  55-56
    4.4.4 ZnO量子点掺杂BTO薄膜的光致发光(PL)谱  56-57
    4.4.5 BTO薄膜的脉冲激光沉积(PLD)法生长工艺探究  57-60
  4.5 本章小结  60-62
第五章 结论与展望  62-64
参考文献  64-66
致谢  66-67
攻读学位期间发表的学术论文目录  67-68

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电工材料 > 强性介质和压电介质 > 铁电体、铁电晶体
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