Ca-,x-Sr-,1-x-Bi-,4-Ti-,4-O-,15-鐵電陶瓷及薄膜的制備及性能研究.pdf

1、由于其優(yōu)良的抗疲勞特性，鉍層狀類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料在鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中具有廣泛的潛在應(yīng)用，這類材料的主要研究對(duì)象有SrBi<,2>Ta<,2>O<,9>(SBT)、Bi<,4-x>La<,x>Ti<,3>O<,12>和SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>(SBTi)，其中SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>(SBTi)，薄膜的抗疲勞性能優(yōu)于Bi<,4>Ti<,3>O<,12>，沉積溫度低于SBT，是一種很有前途的典型的鉍層狀類

2、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料，但是SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>材料的剩余極化強(qiáng)度和居里溫度較低，CaBi<,4>Ti<,4>O<,15>(CBT)是與SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>(SBTi)結(jié)構(gòu)相同的鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料，其突出的優(yōu)點(diǎn)恰是居里溫度較高(約為790℃)。為了改善SBTi鐵電陶瓷的鐵電性能，得到電學(xué)性能優(yōu)良且居里溫度較高的鐵電陶瓷及薄膜材料。本文系統(tǒng)探索了SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>、CaBi<

3、,4>Ti<,4>O<,15>、Ca<,x>Sr<,1-x>Bi<.4>Ti<,4>O<,15>鐵電陶瓷的制備及性能研究；初步探討了Ca<,x>Sr<,1-x>Bi<,4>Ti<,4>O<,15>鐵電薄膜，并對(duì)薄膜進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的分析。 鉍過(guò)量對(duì)SBTi鐵電陶瓷結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響。隨著鉍含量的增加較大，樣品出現(xiàn)Bi<,2>O<,3>相以及焦綠石相，樣品晶粒的大小隨著鉍含量的增加而減小，鉍過(guò)量10％樣品的晶粒a軸取向最多。-居里溫度

4、、介電常數(shù)、介電損耗分別為518℃、248、0.21％。當(dāng)鉍過(guò)量少于10％或者超過(guò)10％的含量時(shí)，SBTi鐵電陶瓷的電學(xué)性能惡化，這是晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變和第二相所致。 SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>鐵電陶瓷樣品在1100℃燒結(jié)性能較好，居里溫度為520℃，壓電常數(shù)d<,33>為9×10<'-12>C/N。CaBi<,4>Ti<,4>O<,15>陶瓷在1100℃進(jìn)行燒結(jié)，樣品的綜合性能最佳，其居里溫度Tc為784℃，壓電應(yīng)

5、變常數(shù)d<,33>為7.7×10<'-12>C/N、損耗tan δ為21×10<'-4>。在SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>中，適量的Ca<'2+>取代Sr<'2+>形成Ca<,x>Sr<,1-x>Bi<,4>Ti<,4>O<,15>(簡(jiǎn)稱C<,x>S<,1-x>BT)鐵電陶瓷薄膜有效地改善了SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>鐵電陶瓷的結(jié)構(gòu)及鐵電性能。Ca<'2+>可以完全進(jìn)入SBTi晶格，形成鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。當(dāng)x為0.

6、4時(shí)，C<,x>S<,1-x>BT樣品中a軸取向的晶粒較多，有利于材料的鐵電性能。即：Ca<,0.4>Sr<,0.6>Bi<,4>Ti<,4>O<,15>鐵電陶瓷的剩余極化Pr=8.2μC/cm<'2>，矯頑場(chǎng)Ec=57kV/cm，居里溫度為570℃，壓電常數(shù)d<,33>=13.1×10<'-12>C/N。 利用溶膠-凝膠法在Si襯底上制備了純的鉍層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)Ca<,x>Sr<,1-x>Bi<,4>Ti<,4>O<,15>鐵電