界面層對DCMN-CT疊層薄膜結構和介電性能的影響.pdf

1、薄膜科學的發(fā)展是在表面、界面物理基礎上建立起來的，表面和界面的力學、熱學和電學特性是很多薄膜器件的工作基礎，對薄膜的結構和性能產(chǎn)生重要影響，所以復合薄膜材料的性能并不是其組分材料的簡單加和，而是產(chǎn)生了“1+1>2”的協(xié)同效應。因此只有清楚地把握薄膜的表面和界面結構，深入地研究薄膜的結構和性能的關系，才能有效地進行多層結構功能薄膜材料的設計，制備出結構穩(wěn)定、性能良好的薄膜材料。
　　 本文采用Pechini方法合成了Ca(Mg1/

2、3Nb2/3)O3(CMN)和CaTiO3(CT)前驅(qū)體溶液，利用液相旋涂工藝制備出Ca(Mg1/3Nb2/3)O3/CaTiO3(CMN/CT)疊層介質(zhì)薄膜，系統(tǒng)研究了電極界面層和異質(zhì)界面層對薄膜結構、形貌與介電性能的影響及其規(guī)律。結果表明，采用疊層方式制備的CMN/CT疊層薄膜中CMN、CT兩相均能獨立存在，薄膜具有單一鈣鈦礦結構，薄膜厚度均勻，表面致密、平整，不同成分的電極界面層和不同個數(shù)的異質(zhì)界面層對薄膜的相結構影響不大，但對薄

3、膜的微觀形貌和介電性能產(chǎn)生明顯影響。在層數(shù)、異質(zhì)組分及異質(zhì)界面數(shù)相同時，以CMN為首層和最后一層的樣品NI-4-2的表面形貌和介電性能均好于以CT為首層和最后一層的樣品NI-4-1；在層數(shù)、異質(zhì)組分及電極界面層相同的情況下，隨著CMN/CT疊層薄膜中異質(zhì)界面層個數(shù)增加，薄膜的表面粗糙度降低，介電常數(shù)增大，介電損耗減小。異質(zhì)界面層經(jīng)過15％HN03處理后樣品TNI-1、TNI-3、TNI-5、INI-11、TNI-4-1和TNI-4-2的

4、形貌和介電性能均好于未經(jīng)過界面處理的對應樣品。
　　 為了定量分析界面層對薄膜介電性能的影響規(guī)律，本文采用電路分析方法，通過純電阻和電容等分立元件間簡單拓撲連接關系，根據(jù)CMN/CT異質(zhì)薄膜疊層方式和交變電場中薄膜介質(zhì)損耗機制，提出疊層薄膜等效電路與計算公式。理論研究發(fā)現(xiàn)，隨異質(zhì)界面?zhèn)€數(shù)增加，CMN/CT疊層薄膜的介電常數(shù)增大，介電損耗減小，異質(zhì)界面層的存在有利于改善疊層薄膜的介電性能，電極界面層對薄膜的介電性能也產(chǎn)生一定影響，