《鈦酸鍶鋇鐵電複合薄膜的生長機理、結構及性能研究》是依託河北大學，由劉保亭擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鈦酸鍶鋇鐵電複合薄膜的生長機理、結構及性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉保亭
- 依託單位：河北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
採用磁控和脈衝雷射共濺射法製備0－3維、1－3維結構BST:MgO鐵電複合薄膜，結合透射電子顯微分析和X射線衍射等技術，詳細研究沉積工藝（如：氧氬比、沉積溫度、沉積功率）對BST:MgO複合薄膜的結構（顆粒形狀、尺寸、密度等）的影響，探討BST:MgO複合薄膜生長機理。研究複合薄膜的微結構對其相關性能（調製度、介電損耗、介電常數、漏電流）的控制作用。建立鐵電複合薄膜生長工藝-微結構-物理性能的關係，全面揭示沉積工藝、基片對鐵電複合薄膜的結構、界面、顆粒尺寸等影響的規律，為鐵電複合薄膜物性的剪裁（通過組分選取、比例、微結構的調整）開闢新的途徑。本項研究的完成有助於我們實現納米複合薄膜結構設計和可控制備，揭示不同結構複合薄膜生長機理，建立和發展複合薄膜材料製備新技術，促進BST薄膜微波器件的發展。該課題關於磁控與脈衝雷射共濺射方法可控制備鐵電複合薄膜的研究國內外未見報導。
結題摘要
摻雜可以有效改善薄膜的結構和性能，理論上已經預言了介電－鐵電複合材料的優點，指出1-3維結構微波鐵電薄膜具有更大吸引力，實驗上已經證實了在鐵電鈦酸鍶鋇(Ba,Sr)TiO3(BST)薄膜中摻雜MgO的0-3型BST：MgO複合薄膜確實可以提高材料的介電性能、降低材料的介電損耗。但是，由於製備方法的限制，實驗上有關1-3維結構BST複合薄膜報導未見報導。本項目完成申報書所訴的研究內容，獲得了一些有意義的研究結果。採用磁控濺射和脈衝雷射共沉積方法，首次成功製備了1-3型尺度和結構可控的納米BST：MgO複合薄膜的製備。研究發現摻雜可以調整微波器件的調製度和介電損耗，通過最佳化條件，獲得了高調製度和低介電損耗的製備BST：MgO複合薄膜沉積參數。採用磁控濺射和脈衝雷射共沉積方法，成功製備了0-3、1-3型的BiFeO3：Pb(Zr,Ti)O3、(Ba,Sr)TiO3:CoFe2O4 複合薄膜。在Pt/TiO2/SiO2/Si(001)襯底上製備了Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜，研究了沉積溫度對薄膜結構和性能的影響。650 °C沉積樣品的最大介電常數為260，在-417 kV/cm電場下，介電損耗、調製率和漏電流密度分別為0.055、23％和2.9×10-5A/cm2。製備了外延的Pb(Zr0.4Ti0.6)O3/La0.5Sr0.5CoO3/SrTiO3異質結，構架了Pt/LSCO/PZT/LSCO/STO電容器，研究了La0.5Sr0.5CoO3底電極退火氧壓對Pb(Zr0.4Ti0.6)O3電容器結構和性能的影響。結果表明，Pb(Zr0.4Ti0.6)O3電容器極化強度隨La0.5Sr0.5CoO3底電極退火氧壓的減小而減小。由於氧空位的影響，隨著La0.5Sr0.5CoO3底電極退火氧壓的減小，電容器的疲勞特性越來越嚴重。套用反應脈衝濺射沉積技術在Si基片上採用兩步法生長了Ti-Al-O薄膜，通過溶膠-凝膠法在Ti-Al-O/Si和Pt/Ti/SiO2/Si基片上製備了PZT薄膜，構架了Pt/PZT/Pt電容器和Pt/PZT/Ti-Al-O/Si MFIS結構。實驗發現，550 ℃退火的PZT薄膜的剩餘極化強度較大，漏電流密度較小。
