Ho掺杂Ba(Zr,0.2Ti,0.8)O,3介质薄膜的生长及性能研究

《Ho掺杂Ba(Zr,0.2Ti,0.8)O,3介质薄膜的生长及性能研究》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、摘要摘要BaTi03(BTO)基薄膜是目前电子功能材料领域倍受关注的一类新材料。其中，Ba(Zr．Til咄)03(BZT)为Zr部分取代BTO中的Ti而形成的一种BTO基钙钛矿材料，Zr4+比Tr的化学稳定性好，且Zr4+取代Ti4+之后将会抑制Ti4+与Ti3+之间的电子跃迁，减小薄膜的漏电流。BZT薄膜在具有较高的介电性可调的同时可以保持低的介电损耗，这使其在微波可调器件方面的应用得到了广泛研究。本论文选择介电性能较好的Zr-Ti比为0．2／0．8的BZT为研究对象，通过Ho掺杂来研究其结构和介电性能的变化。首先，本文采用脉冲激光沉积法在Pt／Ti／Si02／Si衬底上制备了不同浓度

2、Ho掺杂的BaZro．2Tio．803(BZT-xHo)薄膜。随着Ho掺杂浓度增加，BZT(111)衍射峰先向高角度方向移动再向低角度方向移动，薄膜的介电常数和可调先增加后减小，损耗先减小后增加。其中BZT．3Ho薄膜的性能最优，介电常数和可调分别为473和66．9％。，损耗为1．6％。这是由随Ho掺杂量的增加，其在BZT结构里先取代A(Ba2+)位再同时取代A位和B(Ti4+／Zr4+)位的机理决定的。其次，在氧化物衬底LaNi03／LaAl03(001)与SrRu03／MgO(000上实现了BZT-xHo薄膜cube．On．cube的方式外延生长，薄膜介电性能的变化与Pt／Ti／Si

3、02／Si衬底上薄膜介电性能的变化规律相同。LNO／LAO衬底上BZT-3Ho薄膜的可调和损耗分别为63．3％和1．9％，优值因子为33．3。SRO／MgO衬底上BZT-3Ho薄膜的可调和损耗分别为55％和1．8％，优值因子为27．5。由于晶格常数的差异，LNO电极上生长的BZT-xHo薄膜受的压应力大于在SRO电极上生长的压应力。在一定的压应力范围内，越大的压应力会导致薄膜介电性能的增强。所以BZT-xHo／LNO介电性能优于BZT-xHo／SRO。最后，在LNO／LAO(001)上实现了不同厚度组合的BZT-3Ho／BST双层薄膜cube．on．cube的方式外延生长。与单层BZT-

4、3Ho膜相比，双层膜的介电常数显著提高，且随着BST厚度的增加，双层膜的介电常数，可调和损耗都有增加。本文采用Maxwell．Magner模型分析了双层薄膜介电常数增强效应机理。实验得到BST厚度最小的样品性能最优，介电常数和可调分别为466和55．7％，损耗为1．5％，优值因子为37。关键词：BZT，PLD，Ho掺杂，介电性能，双层薄膜ABSTRACTAsasortofvaluableferroelectricmaterials，bariumtitanateBaTi03(BTO)thinfilmshaverecentlybeenofimmensescientificandtechnol

5、ogicalinterestsintheworld．BaTi03(BTO)exhibitdifferentcharacteristiesrelatedtothetypeofionicsubstitutesandtosubstitutionrateinAsiteorBsite．Bariumzirconiumfitanate(BaZrxTil．x03，BZTinbrief)isobtainedbysubstitutingtheionofBsiteoftheBaTi03、ⅣimZr．ThisispossiblebecauseZr4+ischemicallymorestablethanmeTi4

6、+thatthesubstitutionofTrwith矿woulddepresstheconductioncausedbyelectronichopingbetweenTi4+andTi3+．Therefore，BZTcouldexhibithighdielectrictunabilitywithlowdielectricloss，SOBZTthinfilmsarebeingdevelopedfortunablemicrowavedeviceapplications．InBZTsystemanda0．2／0．8molefractionisknowntoshowverygoodbulkp

7、roperties，theeffectsofHe—dopingconcentrationonmicrostructureanddielectricpropertiesofBZTfilmswerestudied．Firstly,He—dopedBaZr0．2Tio．803(BZT-xHo)thinfilmswerepreparedbypulselaserdeposition(PLD)onPt厂刚Si02／Sisubstrates．Th