自極化鐵電薄膜的製備及自極化機制研究

《自極化鐵電薄膜的製備及自極化機制研究》是依託上海師範大學，由劉愛雲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：自極化鐵電薄膜的製備及自極化機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉愛雲
• 依託單位：上海師範大學

項目摘要

集成鐵電薄膜非製冷紅外焦平面熱釋電探測器因其靈敏元的穩定性和均勻性問題而影響了其實際套用，若採用具有自極化特性的鐵電薄膜作為靈敏材料製備紅外探測器，則靈敏元不需要進行預極化處理就能表現出良好的壓電和熱釋電性能，並且靈敏元的穩定性和均勻性會大幅提高。本項目將著重解決兩個方面的問題：一是製備出具有自極化特性的PMN-PT鐵電薄膜，研究鐵電薄膜的自極化與薄膜微結構（如薄膜結晶學取向、缺陷種類與密度）、薄膜組分、薄膜應力、電極-鐵電界面的關係，揭示與自極化相關聯的因素，研究自極化特徵溫度效應，確定影響自極化的關鍵因素，實現對PMN-PT鐵電薄膜自極化的控制生長。二是研究鐵電薄膜自極化的弛豫特性，建立相應的物理模型，揭示自極化起源的微觀物理機制。本項目的研究結果對實現自極化鐵電薄膜的控制生長，了解與自極化相關的物理過程具有重要的科學意義，同時，為高效實用鐵電薄膜紅外探測器的研製提供強有力的技術支撐。

結題摘要

弛豫鐵電材料具有良好的鐵電、壓電、電致伸縮、熱釋電及非線性光學等特性，可廣泛地套用於光電子學、微電子學、微電子機械系統和集成鐵電學等學科因而備受關注。 PMNT和PZNT薄膜在未經預極化處理時也會表現出優異的熱釋電性能，可套用於熱釋電紅外焦平面列陣器件以解決其對器件穩定性和均勻性的要求。本項目主要研究工作如下： 1. 利用Nb2O5替代乙醇鈮製備PMNT 和PZNT前驅體溶液，降低了實驗成本，為PMNT和PZNT在工業上的套用提供了可能。 2. 採用化學溶液法，在Pt-Si襯底、LNO/Si襯底和石英等襯底上製備了PMNT薄膜，得到純鈣鈦礦結構且具(110)和（111）擇優取向的薄膜。PMNT薄膜表現出優異的鐵電、介電和熱釋電性能。其剩餘極化（Pr）、飽和極化（Ps）和矯頑場（Ec）分別為116μC/cm2 、510μC/cm2和78KV/cm。所製備的PMNT鐵電薄膜在未經預極化處理時其熱釋電係數達4.6×10-8 C/cm2 K。高於項目預期研究結果中提出的1.5～2.0×10-8 C/cm2 K 3．採用化學溶液方法在Pt-Si襯底上製備了PZNT薄膜，探索了薄膜的製備工藝，實驗表明：在退火溫度為600℃時, PZNT薄膜具有更為均勻緻密的微結構並表現出更優異的電學性能。所製備得到的PZNT薄膜的介電常數為618，損耗值為0.1，剩餘極化值為8.71μC/cm2，熱釋電係數達3.1×10-8 C/cm2 K，這也高於項目預期研究結果中提出的1.5～2.0×10-8 C/cm2 K 4. 用傳統固相燒結法成功製備了一種新型材料0.8Pb(Zr0.52Ti0.48)O3-(0.2-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPb(Al1/2Nb1/2)O3 (PZT-PZN-xPAN),並對其性能進行了研究。結果表明，當x = 0.1時，室溫下，PZT-PZN-0.1PAN在3kv/mm的電場下可獲得～0.24%的應變數，等效壓電係數高達767 pm/V 。 5. 利用旋塗法將硝酸銀分散到PVDF共聚物鐵電薄膜中並採用氫氣退火的方式製備金屬納米銀摻雜的PVDF/Ag複合薄膜，實現了對PVDF薄膜電學性能的改進。