硅基反铁电厚膜材料集成制造与其性能测试

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1、图书分类号TN304.055密级非密UDC621.3硕士学位论文硅基反铁电厚膜材料集成制造及其性能测试王静指导教师（姓名、职称）张文栋（教授）丑修建（副教授）申请学位级别工学硕士专业名称测试计量技术及仪器论文提交日期2011年5月30日论文答辩日期2011年5月29日学位授予日期2011年月____日论文评阅人答辩委员会主席2011年5月30日原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要

2、贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：中北大学学位论文硅基反铁电厚膜材料集成制造及其性能测试摘要反铁电体

3、由于其特殊的极化方式，因而具有独特的电场诱导相变，反铁电材料在反铁电-铁电相变过程中总是伴随着显著的极化强度、体积及电流的变化，因而有望在高能存储、微位移控制以及可调热释电红外探测等领域中得到应用。本论文对PbZrO3基反铁电薄膜的制备及性能进行了系统的研究，旨在为这类材料在实际中的应用提供实验基础与理论指导。采用溶胶-凝胶工艺制备了Pb0.97La0.02(Zr0.95Ti0.05)O3反铁电厚膜材料,研究了不同前驱体溶剂（乙酸和乙二醇乙醚）对反铁电厚膜介电性能的影响。结果表明：由乙二醇乙醚作为前驱体溶剂制备的反铁电厚膜材料在室温下其

4、反铁电态稳定，3AFE-FE相的相变电场强度为184.05×10V/cm，FE-AFE相的相变电场强度为3268.24×10V/cm，饱和极化强度为88.8μC/cm。采用溶胶-凝胶工艺在Pt(111)/TiO2/SiO2/Si基底上成功制备了不同浓度的PbZrO3基反铁电厚膜。由XRD分析仪分析表明厚膜的生长取向度随着浓度的增加其在（100）晶面越来越明显；由AFM分析表面厚膜随着浓度的增加，其表面粗糙度越来越大，晶胞的颗粒也越来越大，这是由于厚膜的应力对基底的影响。C-V和P-E测试表明当随着浓度的增加，其相变电场和电滞宽度越来越大

5、，且其P-E曲线具的饱和极化也越来越大，反铁电性越来越稳定。采用不同的热处理工艺在硅基底成功制备了反铁电厚膜，PLZT厚膜在700℃处理后取向度t最大为0.79。P-E、C-V以及温谱曲线表面，在700℃处理后其饱和极化最大，介电常数最大，而介电损耗为最小。PLZT反铁电厚膜由XRD分析仪分析表明厚膜的生长取向度随着厚度的增加其在（100）晶面越来越明显；C-V和P-E测试表明：当膜厚为2244nm，薄膜的相变电场及电滞宽度比较宽，表明其反铁电性越来越稳定；饱和极化强度也最大。但是当厚膜大于3000nm时，其饱和极化强度反而降低，这主要

6、是由于厚度变化导致PLZT厚膜微观结构的差异而引起的。关键词：反铁电厚膜、溶剂-凝胶工艺、相结构、介电常数中北大学学位论文IntegratedmanufacturingandpropertiesresearchofantiferroelectricthickfilmbasedonsiliconAbstractBecauseoftheiruniquemicrostructure,antiferroelectricmaterialsdisplaythedifferentelectric-fieldinductedphasetransform

7、ationfromantiferroelectrictoferroelectric(AFE-FE),andthephaseswitchingprocesscanbeadjustedbythechangeoftemperatureandhydrostaticpressure.Antifreeoelctricmaterialshavethepotentialusageinenergystorage,high-straintransducers/actuatorsandtunablepyroelectricthermalsensorsduet

8、otheremarkablechangeofpolarization,strainsandcurrentduringtheAFE-FEswitching.Hence,inthepresentinvestig