《多疇鐵電薄膜的非本徵壓電性能的研究》是依託山東大學，由歐陽俊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多疇鐵電薄膜的非本徵壓電性能的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：歐陽俊
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本課題針對如何提高鐵電薄膜壓電性能的技術挑戰，利用薄膜彈性疇理論,應變工程和射頻磁控濺射外延生長技術最佳化鐵電薄膜中的自組裝多疇結構，實現鐵電多疇薄膜的可控制備，並利用壓電力顯微鏡，X光以及透射電鏡技術對薄膜中的多疇結構進行表征，使其在外加電場下能夠提供充分，穩定和可逆的非本徵壓電效應，從而極大的提高鐵電薄膜的有效壓電係數。本課題具有重要的科學與實用價值，將促進科學界對鐵電薄膜壓電效應的深入理解，以及擴大其作為感測器材料在壓電元器件領域，尤其是微電子機械系統中的套用。
結題摘要
對鐵電薄膜非本徵壓電效應的控制和利用，可以幫助擴展其套用範圍，特別是在微電子機械系統中的套用。 本項目的研究，集中在探討異相多疇結構的形成機制，多疇結構非本徵壓電效應的量化研究，以及多疇結構鐵電薄膜的製備和性能研究三大方面。 在異相多疇形成機制方面, 我們證明，通過用不同的單晶基體以及改變薄膜生長厚度的方法來調節外延應變，鐵酸鉍外延薄膜的平衡相結構會由單相的類菱方相結構過渡到異相多疇結構，同時我們計算得出了多疇結構界面與外延薄膜的結晶學取向關係。並研究了多疇比例隨外延應變的變化關係。 在這些研究的基礎上，我們預測了在同一基體上隨薄膜厚度變化時，在位錯和多疇結構兩種應力鬆弛方式的共同作用下，多疇結構穩定性的演變及其比例的變化。 這些理論成果與在不同基體上生長的鐵酸鉍薄膜中觀測到的實驗現象相吻合，並在最佳化設計彈性多疇鐵電薄膜方面幫助我們建立了一個牢固的理論基礎。 在非本徵壓電效應方面,我們研究了疇壁移動對於鐵電薄膜介電和壓電性能的貢獻，並系統地進行了薄膜本徵壓電性能的理論研究。 在低移動性和高移動性多疇疇壁兩種情況下, 我們獲得了多疇薄膜壓電係數和介電係數的解析解。 在此基礎上，我們成功地分離出疇壁移動對外延薄膜壓電性能的非本徵貢獻。 在多疇鐵電薄膜的製備方面，我們使用同軸濺射與離軸濺射相結合的實驗方法, 以及導電氧化物電極技術，通過對濺射功率、生長溫度和冷卻速率等核心工藝參數的調控，成功地製備了鈦酸鋇和鐵酸鉍多疇外延薄膜。 這些薄膜的鐵電回線形狀飽滿，漏電流較小。 外延鈦酸鋇薄膜的壓電力係數e31,f測試值達到約1C/m2, 在矽上生長的鈦酸鋇薄膜d33＞100pm/V, 其中非本徵壓電貢獻達到三分之一左右。另外，我們還完成了Bi（Zn0.5Ti0.5）O3摻雜鋯鈦酸鉛薄膜材料的研究，並證明非本徵效應對該材料增強的壓電性能貢獻有限。
