緩沖層與襯底對(duì)(Ba，Sr)TiO-,3-組分梯度薄膜微結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響.pdf

1、本文研究了濺射沉積工藝參數(shù)對(duì)Pt電極上沉積BST組分梯度薄膜微結(jié)構(gòu)與電學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)表明:BST組分梯度薄膜晶粒大小和晶化程度隨著襯底溫度的升高而提高,570℃下沉積的BST薄膜介電常數(shù)較大,介電損耗和漏電流密度較小。工作氣壓則直接影響到薄膜的沉積速率和表面形貌,在3.0Pa附近獲得了最高的沉積速率,致密的結(jié)構(gòu)和良好的電學(xué)性能。綜合各種工藝參數(shù)得到沉積BST梯度薄膜的最佳工藝條件:570℃(襯底溫度),3.0Pa(工作氣壓),2:5

2、(氧氬比),在此工藝條件下制備的BST組分梯度薄膜經(jīng)700℃退火1h,薄膜形成了較大晶粒尺寸,致密均勻的結(jié)構(gòu)。在200kHz時(shí)梯度BST膜的介電常數(shù)為371.9,介電損耗為0.017,在375kV/cm外電場(chǎng)下薄膜的剩余極化2Pr為3.06μC/cm2,矯頑場(chǎng)Er為23.7kV/cm,在3V電壓下薄膜的漏電流為1.76x10-6A/cm2左右。
　　 為了改善BST組分梯度薄膜與Pt電極的界面結(jié)構(gòu),提高薄膜的電學(xué)性能,在下梯度B

3、ST薄膜與Pt電極之間插入了幾種不同的緩沖層材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:BT緩沖層的生長(zhǎng)溫度對(duì)BST梯度膜的電學(xué)性能影響比較明顯,BT的生長(zhǎng)溫度為200℃時(shí),界面最為平滑,有利于下梯度組分BST同質(zhì)成核生長(zhǎng),XRD表現(xiàn)為(n00)取向生長(zhǎng),測(cè)得的梯度膜熱釋電系數(shù)較大(p=9.13×10-8C·cm-2.K-1),但介電性能不高。ZrO2和MgO緩沖層的厚度對(duì)下梯度組分BST薄膜電學(xué)性能影響比較明顯,ZrO2的厚度為6nm時(shí),ZrO2薄膜的晶化得

4、到提高,能夠有效促進(jìn)下梯度組分BST薄膜的生長(zhǎng),實(shí)驗(yàn)測(cè)得BST組分梯度薄膜介電損耗比較小,但鐵電性能比較差;MgO的厚度為5nm時(shí),有利于下梯度膜異質(zhì)成核,XRD表現(xiàn)為(111)取向生長(zhǎng),測(cè)得梯度膜的介電常數(shù)和鐵電性能較好,但介電損耗較大,熱釋電性能較差。在BT(200℃)/MgO(5nm)復(fù)合緩沖層上沉積的下梯度組分BST薄膜晶粒分布均勻致密,尺寸較大,界面結(jié)構(gòu)清晰,在測(cè)試頻率為200kHz時(shí),介電常數(shù)為411.5,介電損耗為0.01

5、7,在375kV/cm外電場(chǎng)下薄膜的剩余極化為10.26μC/cm2,矯頑場(chǎng)Er為78kV/cm,在3V處電壓下薄膜的漏電流為6.95×10-8A/cm2,熱釋電系數(shù)為7.73×10-8C·cm-2.K-1,表明采用復(fù)合緩沖層可有效提高梯度BST薄膜的電學(xué)性能是可行的。
　　 鐵電薄膜的擇優(yōu)取向生長(zhǎng)與襯底材料的晶體對(duì)稱性以及晶格常數(shù)密切相關(guān)。論文分別選用MgO、SrTiO3和LaA1O3單晶材料作為襯底,研究了襯底材料對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)