BST铁电薄膜的制备课件

PZT、BST铁电薄膜的制备FabricationofPZTandBSTFerroelectricThinFilms主要内容绪论PZT铁电薄膜Sol-Gel法制备及性能研究Co掺杂PZT铁电薄膜的制备及性能研究BST铁电薄膜的制备及性能研究总结

1.绪论

1.1铁电材料概述铁电材料是指存在自发极化，且自发极化有两个或多个可能的取向，在电场的作用下，其取向可改变的一类材料。铁电材料的极化强度与外场的关系曲线类似于铁磁材料的磁滞回线，如图所示。E=0,P=PrP=0,E=Ec

1.2PZT材料结构特征

PZT是典型的钙钛矿型结构，化学通式为ABO3

这些含氧八面体的铁电氧化物的自发极化主要来源于B位离子偏离氧八面体中心的位移

1.3PZT铁电薄膜的制备技术溅射法激光闪蒸真空蒸发化学气相沉积（CVD）金属有机物化学气相沉积（MOCVD）法溶胶－凝胶（Sol-Gel）法SOL-GEL法制备铁电薄膜的优点能精确控制薄膜的组分，能制备大面积高质量薄膜组分具有高度的均匀性易于调整组分，易于进行微量、均匀掺杂设备简单，成本低，适于产业化生产

PZT薄膜的制备流程计算出各原材料的质量或体积

乙酸铅＋乙二醇甲醚，120℃回流加热30min硝酸锆＋乙二醇甲醚，加热搅拌钛酸四丁酯＋乙二醇甲醚，与上述两溶液混合搅拌12h后，定容、过滤

ITO/glass基片上以3000～5000r/min的速度匀胶30s400℃热处理4min，500600℃退火处理4min重复6、7步，最后一层在氧气气氛的条件下，在500600℃退火处理20min2.2PZT铁电薄膜的X射线衍射图600℃时，PZT薄膜结晶程度最好

薄膜呈以（101）为首要方向的多晶结构

有（222）方向的焦绿石相

2.3PZT铁电薄膜的铁电性能E越大，P越大；温度升高，Pr增大，Ec减小。2.5PZT铁电薄膜的漏电流

综合比较各温度下PZT铁电薄膜的铁电、介电、漏电流性能，600度的退火温度效果最好。3.PCZT铁电薄膜制备及性能研究乙酸钴（Co(CH3COO)2·4H2O）

工艺流程-asmentionedabove3.1PCZT薄膜的制备3.2PCZT铁电薄膜的X射线衍射图薄膜呈以（101）为首要方向的多晶结构

Co掺杂能够有效的抑制PZT薄膜中焦绿石相的产生

ProportionofCo-dopedPr(μC/cm2)EC(KV/cm)0mol%36.545.25mol%43.851.610mol%58.667.315mol%42.068.9Co掺杂后的PZT薄膜的剩余极化强度Pr明显增大,Co=10mol%,Pr=58.6c/cm2

。这个值比大多数文献报道的掺杂或不掺杂的PZT薄膜的剩余极化强度Pr大。PCZT薄膜的矫顽场Ec比PZT薄膜要大，而且随着掺杂比例的增大而增大。

PCZT薄膜的电滞回线图呈不对称形状，而且在较高外场下有向下弯曲的现象。

比较PZT与PCZT薄膜的铁电测试图：主要解释1：一般来说当铁电薄膜中存在有焦绿石相时，其电滞回线图将会呈现出一个比较纤细的形状，薄膜的剩余极化强度会比较小。从掺杂和不掺杂的PZT薄膜的XRD图来看，掺杂后的薄膜中含有的焦绿石相明显减少，甚至消失，这是导致Co掺杂后PZT薄膜的铁电性能加强的原因之一。

主要解释3：当钴离子在薄膜中替代钛离子或锆离子的位置时，为了保持电化学平衡，此时会产生氧空位。当薄膜中存在氧空位时，它会和其它离子形成复杂的偶极子缺陷。它也可以在薄膜中的晶界、畴壁等位置形成点缺陷，所有这些缺陷都会阻碍极化反转。在薄膜两端有外加电场时，这些缺陷会在薄膜中产生一个与外电场方向相反的内加电场，从而使得加在薄膜两端的有效电场减小，使薄膜需要更大的电场来控制薄膜的极化，这样会导致薄膜产生更大的矫顽场。3.4PCZT铁电薄膜的介电性能1.介电常数增大

2.存在介电消散现象解释：

由于钴的掺入导致薄膜中的氧空位增多，薄膜和电极界面之间的电荷会积聚的越多，这些电荷会明显增大薄膜介质的电容，因而导致大的介电常数。

在测量的过程中，这些电荷会随着外加电场的变化而变化。如果外加电场的频率足够小，能够满足这些积聚电荷的变化周期，那么测量时这些电荷就会导致一个比较大的电容。相反，当外加电场的频率增加时，外加电场的周期不再允许积聚电荷产生作用，那么这些电荷就不再对薄膜的电容起作用，因而外加电场的频率变大时，薄膜的电容会显著降低，同时薄膜的介电常数也会随之降低。

4.PCNZT薄膜制备及性能研究乙醇铌（Niobiumethoxide）减小漏电流工艺流程见第二章4.1PCNZT薄膜的制备4.2PCNZT薄膜的X射线衍射图以（101）为首选方向的多晶薄膜没有出现焦绿石相

4.4PCNZT薄膜的介电性能薄膜的介电常数随着掺杂离子Nb5＋浓度的增大而减小，没有发现介电消散现象。

4.5PCNZT薄膜的漏电流性能