论文摘要
由于其优良的抗疲劳特性,铋层状类钙钛矿结构铁电材料在铁电随机存取存储器中具有广泛的潜在应用,这类材料的主要研究对象有SrBi2Ta2O9（SBT）、Bi4-xLaxTi3O12和SrBi4Ti4O15（SBTi）,其中SrBi4Ti4O15（SBTi）薄膜的抗疲劳性能优于Bi4Ti3O12,沉积温度低于SBT,是一种很有前途的典型的铋层状类钙钛矿结构铁电材料,但是SrBi4Ti4O15材料的剩余极化强度和居里温度较低,CaBi4Ti4O15（CBT）是与SrBi4Ti4O15（SBTi）结构相同的铋层状钙钛矿结构铁电材料,其突出的优点恰是居里温度较高（约为790℃）。为了改善SBTi铁电陶瓷的铁电性能,得到电学性能优良且居里温度较高的铁电陶瓷及薄膜材料。本文系统探索了SrBi4Ti4O15、CaBi4Ti4O15、CaxSr1-xBi4Ti4O15铁电陶瓷的制备及性能研究;初步探讨了CaxSr1-xBi4Ti4O15铁电薄膜,并对薄膜进行了结构的分析。铋过量对SBTi铁电陶瓷结构和电学性能的影响。随着铋含量的增加,样品出现Bi2O3相以及焦绿石相,样品晶粒的大小随着铋含量的增加而减小,铋过量10%样品的晶粒a轴取向最多。居里温度、介电常数、介电损耗分别为518℃、248、0.21%。当铋过量少于10%或者超过10%的含量时,SBTi铁电陶瓷的电学性能恶化,这是晶体结构发生畸变和第二相出现所致。SrBi4Ti4O15铁电陶瓷样品在1100℃烧结性能较好,居里温度为520℃,压电常数d33为9x10-12C/N。CaBi4Ti4O15陶瓷在1100℃进行烧结,样品的综合性能最佳,其居里温度Tc为784℃,压电应变常数d33为7.7x10-12C/N、损耗tanδ为21x10-4。在SrBi4Ti4O15中,适量的Ca2+取代Sr2+形成CaxSr1-xBi4Ti4O15(简称CxS1-xBT)铁电陶瓷薄膜有效地改善了SrBi4Ti4O15铁电陶瓷的结构及铁电性能。Ca2+可以完全进入SBTi晶格,形成铋层状钙钛矿结构。当x为0.4时,CxS1-xBT样品中a轴取向的晶粒较多,有利于材料的铁电性能。即:Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15铁电陶瓷的剩余极化Pr=8.2μC/cm2,矫顽场Ec=57kV/cm,居里温度为570℃,压电常数d33=13.1x10-12C/N。利用溶胶-凝胶法在Si衬底上制备了纯的铋层状钙钛矿结构CaxSr1-xBi4Ti4O15铁电陶瓷薄膜。Ca2+取代量为x为0.4时,Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15铁电陶瓷薄膜晶粒大小呈球型,XRD图谱显示（200）衍射峰强度相对较大,说明了样品显微结构择优a轴取向,有利于铋层状钙钛矿结构CaxSr1-xBi4Ti4O15铁电陶瓷薄膜的铁电性能。