钛酸锶铅铁电薄膜的制备及其介电性能研究

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1、学校代码10530学号201110061313分类号TN304密级公开硕士学位论文钛酸锶铅铁电薄膜的制备及其介电性能研究学位申请人刘流指导教师唐明华教授学院名称材料与光电物理学院学科专业微电子学与固体电子学研究方向电子材料与器件二○一四年五月十日万方数据FabricationandDielectricPropertiesofLeadStrontiumTitanateFerroelectricThinFilmsCandidateLiuLiuSupervisorProfessorMinghuaTangCollegeF

2、acultyofMaterials,OptoelectronicandPhysicsProgramMicroelectronicsandSolidStateElectronicsSpecializationElectronicMaterialsandDevicesDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay10,2014万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特

3、别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理

4、。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据摘要近年来，钙钛矿结构的铁电薄膜由于具有介电非线性和低介电损耗等特性而得到广泛研究。其中，(BaxSr1-x)TiO3(BST)和(PbxSr1-x)TiO3(PST)在可调器件的应用方面被认为是最有前途的电介质材料。然而，由于BST薄膜存在相对较高的热处理温度和介电损耗大等问题，与之相比，PST薄膜则表现出较小的晶粒尺寸效应、较低的晶化温度、较高的相对介电常数和较低的介电损耗等优点，这使得后者能更好的与微电子工艺相兼容，从而推动现代器件的小型化和集成化发展。

5、本文分别选取Pb0.9Sr0.1TiO3和Pb0.4Sr0.6TiO3两种不同Pb/Sr比例的PST作为研究对象，利用溶胶凝胶薄膜制备方法，采用元素掺杂和引入缓冲层这两种最常用且最有效的改性方法，探讨它们对PST薄膜微观结构和介电性能的不同影响。具体工作和得到的结果如下：1.利用溶胶凝胶法成功制备出了La掺杂的Pb0.82La0.08Sr0.1Ti0.98O3(PLST)铁电薄膜，使薄膜分别在550°C、600°C和650°C温度下退火，通过比较退火温度对PLST薄膜微观结构和介电性能的影响发现，PLST薄膜在6

6、00°C温度下退火时介电性能最好，在频率为1kHz处，它的介电常数为873，介电损耗为0.084，在电场为400kV/cm大小时调谐率达到了44%。在引入LaNiO3缓冲层，薄膜的结晶更好，晶粒更小，而且介电常数在同样的频率下从873增大到了1140，损耗从0.084减小到了0.079，当施加偏压为20V时，有LNO缓冲层的PLST薄膜的调谐率和优值分别达到68%和14.2，而无缓冲层的PLST薄膜的调谐率和优值则为60%和8.7。2.利用溶胶凝胶法成功制备出了Pb0.4Sr0.6TiO3(PST)铁电薄膜，引入

7、三种不同的缓冲层薄膜(La0.5Sr0.5CoO3、LaNiO3和TiO2)，三种薄膜的厚度都为100nm，研究结果表明，缓冲层LNO和TiO2能促进PST薄膜沿(110)方向择优生长，而无缓冲层和缓冲层为LSCO的PST薄膜则为随机取向，无缓冲层、缓冲层为LSCO、LNO和TiO2的PST薄膜的调谐率依次为51.5%、44.6%、54.5%和11.5%，而优值依次为9.9、11.2、20.4和5.5。另外，在此基础上，我们还研究了不同厚度的TiO2作为缓冲层对PST薄膜的微观结构和介电性能的影响，其中TiO2厚

8、度为50nm、100nm和200nm。结果表明，随着缓冲层TiO2厚度的增加，PST薄膜(110)衍射峰逐渐增强，介电常数、调谐率和优值都逐渐减小，但是介电损耗则先减小后增大，在缓冲层厚度为100nm时达到最小，只有0.02，因此这对于减小PST薄膜损耗方面的工作有一定的指导意义。关键词：PST薄膜；溶胶凝胶法；La元素掺杂；缓冲层；介电性能I万方数据AbstractFe