solgel法制备bst薄膜取向生长影响因素及性能研究

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1、济南大学硕一L学位论文摘要具有钙钛矿结构的钛酸锶钡BST(BaxSrl璀Ti03)是钛酸钡(BaTi03)与钛酸锶(SrTi03)的固溶体，BST薄膜由于具有高介电常数、低介电损耗、优良的铁电、压电、热释电性能、不易疲劳、居里温度可调、漏电流密度低、非线性强等优点，且在DRAM、相位移器、热释电探测器等领域有广泛的应用，现已成为国内外材料研究的主要领域之一。本文综述了钛酸锶钡(BST)铁电薄膜的基本结构、主要应用及其制备方法，并重点介绍了溶胶．凝胶法制备BST薄膜的原理和流程，本实验利用改变单一因素的思想主要研究了热处理工艺(热解温度、退火温度及

2、升温速率等)、前驱液性质(前驱液浓度、粘度及Ba／Sr比等)和基底材料等因素对S01．Gel法制备的BST薄膜的结构及性能的影响规律。以醋酸钡Ba(OAc)2，醋酸锶Sr(OAc)2·1／2H20和钛酸四丁酯Ti(OC4H9)4为主要前驱化合物，采用S01．Gel技术成功制备了能长时间稳定存在的BST溶胶，采用旋涂工艺制备出了具有AB03钙钛矿相，沿(110)晶面择优取向的光滑均一的BST薄膜。与玻璃基底和刚玉基底相比，硅基底与BST薄膜的晶格匹配度高，涂覆在Si基底上的BST薄膜结晶较好，形成了更完整的钙钛矿结构，且整体形貌较好。Si02缓冲层

3、不能促进钙钛矿相的形成。BST薄膜缓冲层能够诱导薄膜结晶，促进钙钛矿相的形成，随涂覆的缓冲层的薄膜浓度减小，薄膜的结晶程度提高，浓度较低的BST薄膜做缓冲层较好；经刚玉粉超声处理的Si基底在一定程度上也能够诱导BST薄膜晶体的生长。ZnO薄膜诱导层能够诱导前驱液为低浓度的BST薄膜晶体的生长，却对高浓度前驱液的BST薄膜的晶体生长的诱导作用稍弱一些；镀膜的最佳旋涂速率为2500r／min；每层薄膜的最佳涂覆时间为30s；薄膜的最佳热解温度选择450。C；每层薄膜最佳热分解时间为20min；最佳升温速率为0．5～1℃／min；制膜的最佳退火温度为7

4、50*(2。经650℃热处理后，BST薄膜已基本形成AB03型钙钛矿结构，随着热处理温度的提高，薄膜的结晶程度提高，易于沿(110)晶面择优取向。退火温度为750℃时，薄膜表面平滑致密、无裂纹，颗粒分布均匀发育完整、尺寸较大。Ba／Sr比是影响BST薄膜结晶性能的一个重要因素，当Ba／Sr比增大时，薄膜的结晶程度先增大后减小，晶格常数逐渐增大。Ba／Sr比为65／35时，薄膜的结晶性能V最好。·薄膜热处理工艺相同时，随着前驱液浓度和粘度增大，薄膜结晶程度提高，晶格常数增大，且微观形貌有所改善，薄膜表面晶粒尺寸变大，更加致密均匀，断面处膜厚增大。前

5、驱液浓度为O．5mol／L(群l粘度5．8cp)的薄膜结晶最好，晶粒发育较完善，晶粒与晶粒之间比较紧密，表面光滑致密无裂纹，颗粒直径大概为6啦80nlTl，断面处薄膜厚度大概为550nln。介电常数随退火温度的升高而升高，介电损耗随退火温度升高而降低。退火温度为750℃的薄膜的介电性能最好；涂覆层数为5层时的BST薄膜的介电性能最好；随着浓度的增大，BST薄膜的介电损耗越来越小、介电常数越来越大，当前驱液浓度为0．5mol／L时BST薄膜的介电性能最好；且BST薄膜的介电性能随Ba／Sr比的不同变化较为复杂。关键词：溶胶．凝胶法，BST薄膜，基底

6、材料，热处理工艺，前驱液性质VI济南大学硕上学位论文ABSTRACTBariumstrontiumtitanate(BSa3、析tllperovskites仃uctureiscomposedofSrTi03andBaTi03．BSTceramicsrecentlyhavebecomeoneofhotspotsinfieldsofmaterials、physicsandelectronicsbecauseofitsgoodperformance，suchashighdielectricconstant，lowdielectriclossandgoo

7、dferroelectricity,piezoelectricity,etal．AndtherearewideapplicationsofBSTthinfilmsind)，Ilamicrandomacessmemory(DRAM)，decouplingcapacitors，pyroelectricinfraredsensorsandpiezoelectricmicroactuators．Thisarticlemainlysummarizedthebasicstructure，applicationandpreparationofBSTthinfi

8、lmsandintroducedthesol—gelmethodasallimportantpart．Inthispaper,theef