铁电薄膜材料研究进展

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1、铁电薄膜材料研究进展学院：物理与电子工程学院姓名：王亚飞学号：1202524067专业：功能材料铁电薄膜材料研究进展摘要近年来，随着铁电薄膜制备技术的发展,其应用领域不断扩大本文综述近年来铁电薄膜材料研究进展情况,并指出存在的问题及其发展方向。关键词铁电薄膜制备技术性能和应用引言铁电体是具有自发极化，而且自发极化矢童的取向能随外电场改变的材料。这类材料的主要特征是具有铁电性，即电极化强度与外电场之问具有电滞回线的关系。具有铁电性且厚度尺寸为数十纳米到数微米的膜材料叫铁电薄膜。铁电薄膜是一类重要的功能性薄膜材料，是目前高新技术研究的前沿和热点之一。近年来，在铁电薄膜

2、的基础研究和应用基础研究方面取得一些令人振奋的进展。本文将综合近年来国內外有关铁电薄膜的研究报道，针对铁电薄膜材料及其应用、铁电薄膜制备技术及目前铁电薄膜研究中需要重点关注的一些问题等几个方面进行评述。L铁电薄膜材料和性质1.1铁电薄膜的材料铁电材料主要包折钛酸盐系、锐酸盐系和错酸盐系3类。铁电薄膜材料研究进展摘要近年来，随着铁电薄膜制备技术的发展,其应用领域不断扩大本文综述近年来铁电薄膜材料研究进展情况,并指出存在的问题及其发展方向。关键词铁电薄膜制备技术性能和应用引言铁电体是具有自发极化，而且自发极化矢童的取向能随外电场改变的材料。这类材料的主要特征是具有铁电

3、性，即电极化强度与外电场之问具有电滞回线的关系。具有铁电性且厚度尺寸为数十纳米到数微米的膜材料叫铁电薄膜。铁电薄膜是一类重要的功能性薄膜材料，是目前高新技术研究的前沿和热点之一。近年来，在铁电薄膜的基础研究和应用基础研究方面取得一些令人振奋的进展。本文将综合近年来国內外有关铁电薄膜的研究报道，针对铁电薄膜材料及其应用、铁电薄膜制备技术及目前铁电薄膜研究中需要重点关注的一些问题等几个方面进行评述。L铁电薄膜材料和性质1.1铁电薄膜的材料铁电材料主要包折钛酸盐系、锐酸盐系和错酸盐系3类。在现有的铁电薄膜材料中，比较令人满意和使用较多的是PT,PZT,PLZT系列薄膜,

4、这主要是由于它们具有良好的光学和电学性能，调整其化学组成可以满足电光、弹光及非线性光学等多方面的要求;但PZT系列铁电材料的耐疲劳性能较差以及存在老化和漏电流大、不稳定等缺点，故而人们不断对新材料体系进行开发和研究。发现了钮系层状绪构的SrBi2Ta2O9(SBT)铁电薄膜,这类薄膜材料具有良好的抗疲劳特性，用其制作的非易失性铁电随机存取存储器(FRAM),在1012次重复开关极化后，仍无显苦疲劳现象，且具有良好的存储寿命和较低的漏电流。以高容童为主要要求的动态随机存储盟(DARM)f采用高介电常数的铁电薄膜作为电容器的介质材料。(Ba心SrJTiC)3(BST)

5、薄膜的顺电相具有高介电帯数,主要用于介质膜方面。KTN比PLZT在光学非线性和光折变效应方面更好，很有希望用于光电子学的薄膜材料。1・2铁电薄膜的性质铁电薄膜作为一种铁电体材料具有铁电性、压电性、热释电性、电光效应等特性。象块体材料一样，铁电薄膜也拥有与组成和微结构相关的特定功能性质。同时，铁电薄膜又具有许多块体材料不同的特性。铁电薄膜的驱动电压仅几伏，用其作存储鑒就有了实现的可能性,可制备非挥发性存储鑒和动态随机存取存储鑒等器件。由于薄膜结构易于探测、测量或调整，使光电比件工作波段短，可制成微型化、稳定、经济的需件，如声表面波天件、微型压电马达等。还可以通过控制

6、厚度制成满足要求的乾件。2铁电薄膜的制备工艺方法铁电陶瓷薄膜的制备方法大体可分为物理方法和化学方法2大类。物理方法包折真空蒸发、磁控溅射、离子朿溅射、分子朿外延等方法。化学方法包捋金属有机物化学气相沉积、热解化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、脉冲激光沉积、激光诱导化学气相沉积、溶胶一凝胶法和液相外延等。2.1溅射法溅射法的基本手段是利用荷能粒子轰击靶材表面，使因体原子（或分子）从表面射出形成溅射物流，沉积于基底表面形成薄膜。由于溅射物流具有高达十几至几十电子伏特的能莹，在衬底表面能维持较高的表面迁移率,其优点是:①制备的薄膜结晶性能较好;0成膜所需衬底温度较

7、低;③与集成工艺的兼容性较好;④适用于多种铁电薄膜的制备;制备的铁电薄膜不需或只需较低温度的热处理即可具有铁电性;⑥制备的铁电薄膜具有较好的铁电性等。但溅射法制备铁电薄膜也存在一些缺点，如生长速度慢，溅射时不同材料的溅射率不同，所获薄膜的组份比与靶材有一定差异,膜的微结构与组分均匀性有待改进，技术上难以实现大面积衬底上生长高质童的铁电薄膜等。2.2金属有机物化学气相沉积它是制备铁电薄膜的一种湿法工艺，气源通常为链轻基化合物、醇盐和芳基化合物由于MOCVD利用金属有机化合物作为参与反应的气体，因而大大降低r反应所需的温度这种方法的特点是:①薄膜的组成元素均以气态输送

8、至反应室内