溶胶凝胶法制备掺杂铋、钇、铌的钛酸锶钡基陶瓷薄膜的研究

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1、摘要本文对应用于DRAM电容介质的钛酸锶钡(BST)薄膜材料的制备与性能进行了研究。采用溶胶一凝胶方法以廉价的Ba和Sr的醋酸盐为前躯体成功制备了均一BST薄膜，并对其结构与性能进行了表征。在热解、晶化过程中升温速率、保温时间、降温速率对薄膜的结构有较大的影响。探索了工艺对薄膜表面形貌的影响，最佳烧结工艺条件为：升温速率O．5"C／rain，降温速率1。C／rain。在BST薄膜与基质之间制备了Ti02缓冲层，它有效解决了电极与基质剥离的问题。利用SEM、TG、D1A，对烧结制度、晶化温度进行了分析，得到

2、最佳晶化温度为750℃，保温时涮60rain。研究了薄膜厚度对其电学性能的影响，采用溶胶一凝胶方法制备薄膜的厚度为450nm时，Pt／BST／Pl薄膜电容器在IKHz下其介电常数为70．2，介电损耗0．09。研究了微量元素铋、钇和铌对BST薄膜(掺量分别为：O．7～3m01％和O．39～4．12m01％)的结构与介电性能的影响规律。测试了薄膜的介电性能与微量元素含量的关系。结果表明，微量元素的掺加改善了薄膜的介电损耗，而Y元素同时也改善了薄膜的介电常数。采用SEM，XRD，TEM等测试手段分析了薄膜的表面

3、形貌、薄膜厚度、晶相结构、颗粒大小等，对其变化现象进行了初步的分析和讨论。结果表明，微量元素的掺加细化了薄膜的颗粒，没有改变薄膜的晶相结构。研究了掺杂Bi元素的BST薄膜的铁电性，对含有铋元素的BST薄膜进行了电滞回线分析，采用高分辨透射电镜分析(HRllEM)分析对薄膜中微畴的结构与大小。关键词：溶胶．凝胶法；BST薄膜：掺杂：介电性能：铁电性能浒胶-凝jJ变法制桥掺杂Bj、Y、Nb的钛酸钯钡基陶瓷薄膜的{iJf究AbstractInthisthesis．Baxsrl．xTi03(BST)thinfil

4、msusedinDRAMwithhighdielectricconstantwerestudied．TheglossyBSTthinfilmswerepreparedbySol—Geltechniqueusingbariumacetateandstrontiumacetate．Thestructureandpropertieso￡BSTthinfilmswerestudied．Heatvelocity，mmealingtimeandcoolvelocitywerefoundtoplayimportantr

5、olesinstructureofBSTthinfIrnsinthecourseoftheexperiments．Differentsinteringtechniqueswel。etriedtochangequalityofthinfilms．Bestsinteringtechniquew'asacquiredwhenHeatvelocityisO5。C／min．coolvelocityis1。C／min．Ti02bufferlayerswerepreparedbetweenBSTthinfilmsand

6、substrate，effectivelysolvedthequestionofdelamination，BySEM，TGandDTA．tirebestannealingtemperatureandtimeofBSTthinfihnsal‘el_espectively750。Cand60minutesWhenthethicknessofBSTthinfihnsis450ranpreparedbySol-Gel．dielectricconstantanddielectriclossofPt／BST／Ptth

7、infilmscapacitors；respectivelyare702andO．09ai1KHz．DopedcontentsofBi．YandNbinBSTthinfihnsrespectivelyal。eO7～3m01％andO39～412m01％．StructttleanddielectricpropertiesofBSTthinfihnswithdift’erentdopantswereanalyzedResultsshowedthatthedopingofBi，VandNbimproveddie

8、lectriclossofBSTthinfilms，andYimproveddielectricconstantofBSTthinfilms．Surfacemicrographs．thickness，structures，grainsareanalyzedanddiscussedbySEM，XRD．TEMandFTIRResultsshowedthatthedopingofBi，Y．andNbdecreasedgrainssi