BST組分梯度薄膜的界面調(diào)控及其電學性能研究.pdf

1、Ba1-xSrxTiO3(簡稱BST)是一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電材料，具有介電常數(shù)適中、漏電流密度小、熱釋電性能優(yōu)良以及居里溫度可調(diào)等特點，是制作非制冷紅外焦平面陣列(UFPA)的理想材料之一。為了滿足單片式UFPA器件研制的需要，本文對BST組分梯度薄膜的制備、界面特性及其電學性能進行了研究。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　 ⑴進行了BST陶瓷靶材的燒結(jié)工藝研究，在優(yōu)化燒結(jié)工藝下制得結(jié)構(gòu)致密，結(jié)晶程度良好的BT、Ba0.9Sr0.1

2、0TiO3、Ba0.80Sr0.20TiO3和Ba0.70Sr0.30TiO3陶瓷靶材。然后研究了磁控濺射的工藝參數(shù)對Pt電極上沉積的下梯度組分BST薄膜界面特性、電學性能的影響。實驗結(jié)果表明：襯底溫度、沉積氣壓和氧氬比對薄膜的影響較大。在600℃沉積的下梯度組分BST薄膜介電常數(shù)較大，介電損耗和漏電流密度較小；在3.0Pa獲得了最高的沉積速率和電學性能良好的BST組分梯度薄膜。綜合各種工藝參數(shù)得到沉積下梯度組分BST薄膜的優(yōu)化工藝參數(shù)

3、：襯底溫度600℃，02/Ar=1:2，沉積氣壓3.0Pa。在優(yōu)化工藝參數(shù)下在Pt電極上沉積的下梯度組分BST薄膜晶化程度良好、結(jié)構(gòu)致密、晶粒生長均勻。在100kHz時薄膜的介電常數(shù)ε為379.5，介電損耗為0.0186,介電可調(diào)率為23.8％，在375kV/cm外電場下薄膜的剩余極化2P，為2.84μC/cm2，矯頑場為21.8kV/cm,75 kV/cm外電場下薄膜的漏電流為1.18×10-6 A/cm2。
　　 ⑵采用界面

4、調(diào)控的方法在薄膜與襯底之間使有不同電極材料和引入YSZ緩沖層來改善界面結(jié)構(gòu)、提高薄膜的晶化程度和電學性能。實驗結(jié)果表明：在Ru和RuO2電極上制備的下梯度組分BST薄膜，其介電損耗明顯高于在Pt電極上制備的薄膜：RuO2/Pt復合電極上制備的下梯度組分BST薄膜在100kHz時ε為324.8，介電損耗為0.0199；在400kV/cm時薄膜的2Pr為4.26μC/cm2，矯頑場Ec為36.0kV/cm；這些電學性能接近與Pt電極上制備的

5、下梯度組分BST薄膜，適合作為薄膜的底電極材料。YSZ緩沖層的厚度對下梯度組分BST薄膜電學性能影響比較明顯，當YSZ的厚度為7nm時，YSZ薄膜的晶化程度較好，能夠有效促進下梯度組分BST薄膜的生長；在100kHz時沉積在YSZ(7nm)上的BST組分梯度薄膜的介電常數(shù)達到351.6，介電損耗在0.0180以下；但鐵電性能不是很好，剩余極化2Pr為0.54μC/cm2，矯頑場強Ec為15.3kV/cm。
　　 ⑶在優(yōu)化工藝條件