新型钛酸钡基铁电薄膜的制备及分析

论文摘要

钛酸锶钡(Ba1-xSrxTiO3,简称BST)材料是一种性能优良的铁电材料,BST材料的居里温度可以通过对Ba/Sr的比例进行调节,适当组分的BST材料的居里温度在室温附近可以获得优良的介电性能,是理想的介电材料。本文采用溶胶-凝胶法,研究优化了制备BST薄膜的工艺参数,制备了性能良好的BST薄膜。以乙酸钡、乙酸锶、钛酸丁酯为反应物,乙酸和无水乙醇为溶剂,乙酰丙酮为螯合剂,控制反应温度为50℃70℃,加水量不超过5%,所制备的溶胶稳定性较好。采用旋涂法涂膜,选择合适的涂膜条件制备了均匀性良好的湿膜,对湿膜的热处理工艺进行研究,运用XRD、SEM等手段对薄膜进行分析,研究了薄膜的介电性能,结合XRD、SEM分析,确定了退火温度在650℃700℃,保温时间为30min在此条件下制备的BST薄膜表面致密,平整,结晶性能良好。在1kHz的测试频率下,550℃退火处理的BST系列薄膜相对介电常数仅为4862,随着退火温度的升高,不同Ba/Sr的薄膜介电常数均有不同程度的升高,在700℃保温30min时,BST64薄膜显示出了较好的介电性能,相对介电常数εr达到384,介电损耗tanδ仅为0.02左右。在不同退火温度处理后的BST薄膜的介电常数变化稳定,介电损耗较低,且变化平稳;随着测试频率的增加,BST薄膜的介电常数出现小幅下降,介电损耗迅速增加。产生这种介电异常的主要原因为是在高频时存在一定的电极电阻和界面势垒,以及在BST薄膜中存在部分有渗漏的晶粒边界造成的。在20℃100℃,1kHz的测试频率下,组成为BST64的薄膜相对介电常数εr在237384之间,介电损耗tanδ在0.0180.073之间,表现出良好的介电性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 3结构和性能'>1.1 BATIO₃结构和性能
• 3基本结构'>1.1.1 BaTiO₃基本结构
• 3陶瓷的电性能'>1.1.2 BaTiO₃陶瓷的电性能
• 1.2 铁电体材料
• 1.2.1 铁电体分类
• 1.2.2 铁电性
• 1.3 铁电薄膜
• 1.3.1 铁电薄膜制备技术
• 1.3.2 铁电薄膜的应用
• 第二章 BST材料概述
• 2.1 BST 的性能参数
• 2.2 BT 材料掺杂改性研究
• 2.2.1 BT 的掺杂类型
• 2.2.2 掺杂对钛酸钡性质的影响
• 2.3 BST 薄膜的研究现状
• 2.4 本论文的主要内容
• 1-XSR_XTIO₃薄膜的工艺'>第三章 溶胶-凝胶法原理及制备BA_1-XSR_XTIO₃薄膜的工艺
• 3.1 溶胶-凝胶法的基本原理
• 3.2 实验原料和仪器
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验设备及器材
• 3.2.3 基片的清洗
• 3.3 溶胶的配制
• 3.3.1 溶胶的配制过程
• 3.3.2 溶胶制备的反应机理
• 3.3.3 成膜及薄膜的热处理
• 3.4 薄膜的结构及性能测试
• 3.4.1 物相结构分析
• 3.4.2 显微结构分析
• 3.4.3 介电性能测试
• 1-XSR_XTIO₃薄膜性能分析'>第四章 BA_1-XSR_XTIO₃薄膜性能分析
• 1-XSR_XTIO₃薄膜的XRD 分析'>4.1 BA_1-XSR_XTIO₃薄膜的XRD 分析
• 4.1.1 不同退火温度下BST 薄膜XRD 分析
• 4.1.2 相同退火温度不同掺杂比例BST 薄膜的XRD 分析
• 1-XSR_XTIO₃薄膜表征分析'>4.2 BA_1-XSR_XTIO₃薄膜表征分析
• 1-XSR_XTIO₃薄膜介电性能分析'>4.3 BA_1-XSR_XTIO₃薄膜介电性能分析
• 1-xSr_xTiO₃薄膜的介频性能'>4.3.1 Ba_1-xSr_xTiO₃薄膜的介频性能
• 1-xSr_xTiO₃薄膜的介温性能'>4.3.2 Ba_1-xSr_xTiO₃薄膜的介温性能
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢