高压退火对0.65PMN-0.35PT薄膜结构、形貌及电学性能的影响-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．13(2013)130704高压退火对0．65PMN一0．35PT薄膜结构、形貌及电学性能的影响米郭红力)干杨焕银)唐焕芳)侯海军2)郑勇林)朱建N3)1)(长江师范学院，凝聚态物理研究所，重庆408100)2)(盐城工学院，材料科学与工程学院，盐城224051)3)(四川大学，材料科学与工程学院，成都610064)(2013年1月28目收到；2013年3月19日收到修改稿)利用射频磁控溅射技术在LaNiO3／SiO2／Si(100)基底上制备了厚度约为250nm的0．65PMN．0．35PT(PMN—PT)薄

2、膜．研究高压氧氛围退火方式对PMN—PT薄膜晶体结构、形貌以及电学性能的影响．经过XRD测试发现，在高压氧气氛围中，温度为400。C下退火后的PMN，PT薄膜具有纯的钙钛矿相结构，具有完全的(100)择优取向，且衍射峰尖锐，表明经过高压退火后的薄膜结晶极为充分．SEM表面形貌测试结果显示，经高压退火处理的PMN．PT薄膜表面呈现出棒状或泡状的形貌．铁电性能测试表明：氧气氛围压强4MPa，退火时间4h的PMN．PT薄膜样品具有较好的铁电性能，其剩余极化强度达到10．544~tC／cm2，且电滞回线形状较好，但漏电流较大，这可能是由于其微结构所导致．同时介电测试发现：

3、PMN．PT薄膜样品具有极好的介电性能，其在1kHz下测试的介电常数￡r达到913，介电损耗tg6较小，仅为0．065．关键词：射频磁控溅射，高压退火，0．65PMN一0．35PT,介电PACS：07．90．+c，07．35．+k，77．55．+f，77．22．ChDOI：10．7498／aps．62．130704相界(morphotropicphaseboundary，MPB)[4-6J．成分1引言在MPB附近的PMN—PT铁电体有异常高的介电和压电性能_7'8]，是制造多层陶瓷电容器、微位移驱近年来钙钛矿结构铌镁酸铅Vb(Mg1／Nb，／3)动器、致动器以及电

4、光学器件等的理想材料[9-11】．O3(PMN)弛豫铁电体因其具有优异电学性能而受一般来说，PMN．PT薄膜可以应用在大规模集成电到人们的重视J．PMN居里点在一10。C左右，室路上用作微观器件．而最为常用的衬底材料包括温下为赝立方结构、空间群为Pm3m．由于PMNsi(1oo)和Pt／Ti／SiO2／Si(1OO)等，便于和其他器件的的居里点在0。C以下，不适合在常温下作为压电集成．材料使用[3J．因此引入高居里温度的PbTiO(居里相比单晶和陶瓷体材料，PMN—PT薄膜结晶温点约为420。C，PT)组成的(1一X)PMN．xPT二元度在550。C以上【l1-1

5、4】．因此，PMN．PT薄膜中的体系，可以大幅度提高体系的居里点，随着PT含PbO在制备过程中容易挥发，造成PMN．PT极易出量的增加其居里温度向高温移动．且在微观结构现焦绿石相，而焦绿石相的出现会严重影响薄膜的上，PMN．PT表现为长程、中程与短程等不同结构介电，铁电和压电性能．因此降低退火温度是制备层次的结构组元，各离子之间所具有的强或弱的良好PMN．PT薄膜的关键．为了降低材料退火温度，相互作用，使其具有明显强于其他普通铁电体的优达到功能器件的制备要求(低于400。c)，人们也开异性能．PT含量约为35mo1％附近存在一准同型始对薄膜进行后续的高压退火．高压

6、退火的原理重庆市教委科学技术研究项目(批准号：KJ121317)和国家自然科学基金(批准号：60771016)资助的课题十通讯作者．E—mail：guohonglil211@163．com⑥2013中国物理学会ChinesePhysicalSocietyMtp：／／wuli~b．劫hy．ac．cnJ130704—1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．13(2013)130704是利用非晶体在外部压力下会发生形变．这种塑性磁控溅射仪(JGP．560C10，SKYInc．，China)中进行溅形变容易引起其中部分原子的缺陷，从而使得结晶射镀膜．溅射条

7、件为：工作气压2Pa，Ar：O2=4：1，相非均匀形核变得容易．其中，Zhang[15,16】在2005，衬底温度300。C，溅射时间2h．然后将制备好的2008年陆续报道了关于利用溶胶．凝胶、磁控溅PMN—PT薄膜样品放入高压退火炉(GS一0．5L，威海射方法，低温制备薄膜，2—8MPa氧气压力400。C正威机械设备有限公司)中进行高压退火处理，气退火PZT薄膜．从而在LNO／Si(100)衬底上制备了体压强为4MPa，退火温度为400。C，退火时间分呈现高度(100)取向的薄膜．制备得到的PZT薄膜别为4h和10h．结构和铁电性能表现为：随着氧压的增大，薄膜颗

8、粒逐渐由小