bst组分梯度薄膜的界面调控及其电学性能研究

《bst组分梯度薄膜的界面调控及其电学性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要Bal．；SrxTi03(简称BST)是一种钙钛矿结构的铁电材料，具有介电常数适中、漏电流密度小、热释电性能优良以及居里温度可调等特点，是制作非制冷红外焦平面阵列(uFPA)的理想材料之一。为了满足单片式UFPA器件研制的需要，本文开展了BST组分梯度薄膜的制备、界面特性及其电学性能的研究：首先进行了BST陶瓷靶材的烧结工艺研究，在优化烧结工艺下制得结构致密，结晶程度良好的BT、Bao．90Sro．10Ti03、Bao．80Sro．20Ti03和Bao．70Sro-30Ti03陶瓷靶材。然后研究了磁控溅射的工艺参数对Pt电极上沉积

2、的下梯度组分BST薄膜界面特性、电学性能的影响。实验结果表明：衬底温度、沉积气压和氧氩比对薄膜的影响较大。在600℃沉积的下梯度组分BST薄膜介电常数较大，介电损耗和漏电流密度较小；在3．0Pa获得了最高的沉积速率和电学性能良好的BST组分梯度薄膜。综合各种工艺参数得到沉积下梯度组分BST薄膜的优化工艺参数：衬底温度600℃，02／Ar=l：2，沉积气压3．0Pa。在优化工艺参数下在Pt电极上沉积的下梯度组分BST薄膜晶化程度良好、结构致密、晶粒生长均匀。在100kHz时薄膜的介电常数￡为379．5，介电损耗为0．0186，介电可调率

3、为23．8％，在375kWcm外电场下薄膜的剩余极化2Pr为2．841,tC／cm2，矫顽场为21．8kV／cm，75kV／cm外电场下薄膜的漏电流为1．18x10南A／cm2。考虑到薄膜与衬底之间晶格常数失配、热膨胀系数失配等会影响薄膜与电极的界面效应和电学性能，采用界面调控的方法在薄膜与衬底之间使有不同电极材料和引入YSZ缓冲层来改善界面结构、提高薄膜的晶化程度和电学性能。实验结果表明：在Ru和Ru02电极上制备的下梯度组分BST薄膜，其介电损耗明显高于在Pt电极上制备的薄膜：Ru02／Pt复合电极上制备的下梯度组分BST薄膜在1

4、00kHz时￡为324．8，介电损耗为0．0199；在400kV／cm时薄膜的2Pr为4．261xC／cm2，矫顽场Ec为36．0kV／cm；这些电学性能接近与Pt电极上制备的下梯度组分BST薄膜，适合作为薄膜的底电极材料。YSZ缓冲层的厚度对下梯度组分BST薄膜电学性能影响比较明显，当YSZ的厚度为7nm时，YSZ薄膜的晶化程度较好，能够有效促进下梯度组分BST薄膜的生长；在lOOkHz时沉积在YSZ(7rim)上的BST组分梯度薄膜的介电常数达到351．6，介电损耗在0．0180以下；但铁电性能不是很好，剩余极化2Pr为0．54t

5、xC／cm2，矫顽场强E。为15．3kV／cm。最后，在优化工艺条件下在不同底电极和YSZ缓冲层上制备出下梯度组分BST薄膜，并对其热释电性能进行了表征。实验测得BST／Ru02／刚薄膜的热释电系数为p=7．5×10一C·cm-2．K-1，在Pt电极上沉积的薄膜热释电系数为5．04C·cm-2-K-1，该值高于现有常见LiTa03铁电薄膜的热释电系数4．1X10‘8C·cm"2-K～。关键词：梯度组分BST薄膜；射频磁控溅射；热释电系数；非制冷焦平面阵列IIAbstractBal．xSrxTi03(referredtoasBST)is

6、oneofidealmaterialthatisaperovskitestructurewithllighdielectricconstant．10wleakagecurrentdensity,excellentpyroelectricperformanceandfeaturessuchasadjustableCurietemperature．Tmspaperaimsatsystematicstudyingthepreparations，interfacecharacteristicsandelectricalpropertiesof

7、BariumStrontiumTitanate(Bal．xSrxTi03，BST)gradientcomponentthinfilms．Themainworksarelistedasfollows：SinteringprocessoftheBSTceramictargetWasstudied，undertheoptimizedconditionofsintering，weobtainthetargetofBT,Ba0．90Sr0．10Ti03，Ba0．80Sr0．20Ti03andBa0．70Sr0．30Ti03thathasdens

8、estructure，well-crystallization．Thentheeffectsofsputteringparametersonthemicrostructure，interfacecharacteristi