铁电PZT系列薄膜结构和性能的研究

采用射频磁控溅射技术制备了铁电ＰＺＴ薄膜。研究了不同温度烧结的靶材与溅射薄膜成分的关系，深入探讨了薄膜的退火工怪薄膜晶体结构和铁性能的影响。认为当靶材原始配方相同时，则温（９００℃）烧结的靶材使得薄膜中有过剩的ＰｂＯ存在，有利于改善和提高薄膜的铁电性能；而高温（１２００℃）烧结的靶材，由于退火后薄膜中ＰｂＯ的含量小于化学计量仳，使得薄膜的铁电性能差。实验表明，薄膜的最佳退火条件为６００－６５０℃。     

沉积在Pt电极上的铁电PZT薄膜特性

研究了射频磁控溅射沉积在Pt电极上的Pb（Zr0．53Ti0．47）O3薄膜特性。经过不同温度退火处理后得到了钙钛矿结构的PZT薄膜。在对其结构的形成和变化进行研究的基础上，探讨了薄膜PZT相的形成机理。其电性能的测试表明，这种铁电PZT（53／47）薄膜具有较好的铁电性能和疲劳特性。在600℃下PZT薄膜的剩余极化强度Pr为24．8μC／cm2，矫顽场强度Ec为70kV／cm。210kV／cm的电场下，疲劳循环直到4×108次时，最大极化强度仍有20．6μC／cm2，降低了约34％，其剩余极化强度保持为10μC／cm2左右。     

MOD法制备的Pb0.985La0.01(Zr0.4Ti0.6)O3

采用金属有机分解法(MOD)在LNO(100)／Si衬底上制备了Pb0．985La0．01(Zr0．4Ti0.6)O3铁电薄膜，在薄膜的快速退火过程中，增加了一个中间温度预退火过程，并研究了该过程对薄膜晶型结构和铁电性能的影响．结果发现，中间温度预退火过程可以影响薄膜对晶型结构的选择．没有中间温度预退火过程的薄膜，显示出(100)择优取向；而经中间温度预退火的薄膜则表现为随机取向．对薄膜铁电性能的研究表明，没有中间温度预退火过程的薄膜的铁电性能较差，经380℃预退火的薄膜显示出最佳的铁电性能．晶型结构取向和缺陷是影响PLZT。薄膜铁电性能的两个主要因素．     

Sol-gel法制备Pb(Zr0.53Ti0.47)O3铁电薄膜

利用Sol-gel工艺在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Pb(Zr0.53Ti0.47)O3(PZT)薄膜,研究了退火温度、保温时间和薄膜厚度对其晶相、微观结构和铁电性能的影响.在500℃退火处理的PZT薄膜开始形成钙钛矿相;在550℃退火处理的PZT薄膜基本形成钙钛矿相结构;升高退火温度(500～850℃)、延长保温时间(30～150min)、增加薄膜厚度(120～630nm)都有利于PZT晶粒的长大.在650～750℃退火的PZT薄膜具有较好的铁电性能,保温时间对PZT薄膜的铁电性能影响不大,PZT薄膜的厚度为200～300nm时可以得到比较好的铁电性能.在退火温度750℃、保温时间30min条件下退火处理厚310nm的PZT薄膜,其剩余极化值(2Pr)和矫顽电场(2Ec)分别是72μC/cm2、158kV/cm.     

离子束技术沉积羟基磷灰石薄膜的结构及溶解性能

分别采用离子束溅射和离子束增强沉积技术,以烧结羟基磷灰石（HA）陶瓷为靶材,在纯钛金属基片表面沉积HA薄膜．X光电子能谱分析表明：薄膜中Ca、P、O元素的化学态与所用HA陶瓷靶材相接近;相比HA靶材,薄膜表面存在CO₃^2-．X射线衍射分析表明：沉积薄膜均为非晶态结构,经650℃退火处理转变为结晶磷灰石．在模拟体液中的溶解实验揭示：薄膜仅与溶液中Ca、P和O存在离子交换;薄膜易降解,浸泡10天,样品经历了降解、再沉积过程;相比离子束溅射沉积膜,离子束增强沉积膜具有加速沉积Ca、P的能力．     

快速退火工艺条件下温度对Bi4Ti3O12铁电薄膜微观结构与性能的影响

采用快速退火工艺在Pt/Ti/SiO2/p-Si衬底上制备了Bi4Ti3O12铁电薄膜.研究了退火温度对薄膜微观结构、铁电特性及介电性能的影响.研究表明:退火温度对Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜晶相结构的影响显著,对晶粒尺寸和表面形貌的影响较小,但退火温度超过800℃后会出现焦绿石等杂相;低于750℃时,薄膜的剩余极化随退火温度升高而增大,高于750℃时却有所减小,但矫顽电场随退火温度升高而逐渐降低;退火温度对薄膜的漏电流密度有一定的影响,薄膜的漏电流密度在200kV/cm极化电场作用下低于3×10-9A/cm2,750℃时的剩余极化和矫顽电场分别为11μC/cm2和77kV/cm,具有较好的铁电和介电性能.     

Bi4Ti3O12薄膜的取向生长及其电性能研究

采用Sol—Gel工艺，在快速退火的工艺条件下制备了Bi4Ti3O12铁电薄膜，研究了退火温度及时间、薄膜厚度对Bi4Ti3O12薄膜的取向生长行为及其铁电性能、漏电流的影响，探讨了Bi4Ti3O12薄膜取向生长的微观机制．结果表明：退火温度显著影响薄膜的C轴取向生长，其(00ι)品面的取向度F=(P—P0)／(1-P0)由550℃的0．081增加到850℃的0．827，退火时间对其(00ι)晶面的取向度也有较大影响；经750℃以上温度退火处理的Bi4Ti3O12薄膜呈高度c轴取向，对铁电性能有较明显的削弱作用；薄膜的漏电流密度随退火温度升高而增大，但薄膜的c轴取向生长有利于减缓漏电流密度的增长。     

Pb1—xLaxTiO3薄膜的制备及介电特性研究

用溶胶－凝胶法在Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ（１００）基底上制备Ｐｂ１－ｘＬａｘＴｉＯ３（ＰＬＴ,ｘ〈０．２）薄膜,研究薄膜的结构及其介电、铁电性能。在６００℃下退火１小时的ＰＬＴ薄膜表现出单一的钙钛矿结构,（１００）择优取向明显,在室温下ＰＬＴ薄膜有典型的电滞回线。在ｘ〈０．２（摩尔比）的范围内,ＰＬＴ薄膜相对介电常数则随着Ｌａ的增加而增加。     

不同退火方式对0.7BiFeO3-0.3PbTiO3薄膜的铁电性能及漏电流的影响

利用溶胶凝胶法在LaNiO3/SiO2/Si衬底上制备了0.7BiFeO3-0.3PbTiO3(BFPT7030)薄膜,研究了快速退火及常规退火两种不同的后续退火处理方式对薄膜铁电性能及漏电流性能的影响.XRD测试表明,经快速退火处理的BFPT7030薄膜结晶完好,呈现出单一的钙钛矿相.SEM测试结果显示,经快速退火处理的BFPT7030薄膜结晶充分,但经常规退火处理的BFPT7030薄膜表面致密性较好,且在升温速率为2℃/min时薄膜的晶粒更细小.经快速退火处理的BFPT7030薄膜的铁电性能较为优异,在升温速率为20℃/s时,其剩余极化Pr为22μC/cm2,矫顽场Ec为70 kV/cm,并具有较小的漏电流.XPS测试结果表明,经常规退火处理的BFPT7030薄膜其铁离子的价态波动较小.     

热分解气氛对溶胶-凝胶法制备BLT铁电薄膜性能的影响

研究了热分解气氛对溶胶-凝胶法制备在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上的Bi3.25La0.75Ti3O12 (BLT)薄膜铁电性能的影响.在400℃时空气或氧气气氛下热分解20min,接着在700℃时氧气气氛下退火30min.氧气气氛下的热分解能充分分解掉薄膜中的有机成分,而空气气氛下的热分解使炭、氢有机成分部分残留在薄膜中.有机成分的不完全分解影响了退火过程中BLT薄膜晶化时晶粒的生长.表现出生长取向和晶粒尺寸对BLT薄膜铁电性能的影响.氧气和空气气氛下热分解的薄膜的剩余极化(Pr)和矫顽电场(Ec)分别为18.85μC/cm2,119.7kV/cm和12.56μC/cm2、112.5kV/cm.氧气气氛下热分解的薄膜的剩余极化值显著提高.所以热分解是控制铁电性能的重要步骤.     

用于非制冷热释电红外探测器的 PZT铁电薄膜研究

采用溶胶-凝胶和射频磁控溅射相结合的方法制备了PZT铁电薄膜．用溶胶-凝胶法制备一层PZT薄膜作为籽晶层,在衬底PZT(seed layer)／Pt／Ti／SiO2／Si上用射频磁控溅射过量10％Pb的Pb(ZrxTi1-x)O3(x=0．3)陶瓷靶生长厚500nm的PZT铁电薄膜．采用在450℃预退火,575℃后退火的快速分级退火方法对PZT铁电薄膜进行热处理．PZT铁电薄膜获得了较好的热释电性能,热释电系数、介电常数、介电损耗和探测度优值因子分别为P=2．3×10-8C·cm-2·K-1,ε=500,tanδ=0．02,Fd=0．94×10-5Pa-0.5．     

金属有机物分解法制备SrBi2Ta2O9铁电薄膜的开关特性

用金属有机物分解（MOD）以及sol-gel方法制备了SiBi2Ta2O9（STB）铁电薄膜。经测量在750℃晶化的SBT薄膜具有很好的铁电性能。通过对SBT样品极化反转过程进行测试,得出了外加电压（0．5－5V）与SBT薄膜的开关时间（100－600ms）及极化反转电荷的关系。并研究了不同气氛不退火对SBT铁电薄膜形状特性的影响。     

磁控溅射制备PST薄膜的介电与铁电性能

（Pb1-xSrx）TiO3系铁电材料是一种互溶性较好的钙钛矿材料，本文采用磁控溅射法，在Si基底上成功地制备了结构致密、性能优良的PST铁电薄膜，其制备工艺可与Si微电子技术兼容。性能测试表明，其介电常数可达900，接近10^3量级，介电损耗较低，约在0．12-0．21之间（-10℃至60℃）。铁电性能也较好，其饱和极化强度可接近10μC／cm^2，矫顽场强约21kV／cm。     

掺锡氧化铟基底上锆钛酸铅铁电薄膜的制备与表征

用溶胶-凝胶工艺在掺锡氧化铟导电氧化物基底上制备了锆钛酸铅（PZT）铁电薄膜．采用快速热处理工艺改进铁电薄膜的晶格取向，用X射线衍射仪分析了薄膜的结晶取向，分别基于Al／PZT／ITO，1TO／PZT／1TO电容结构利用Sawyer-Tower电路原理测试了薄膜的铁电性能．结果表明，在磁控溅射法生长的1TO表面能够制备出具有钙钛矿结构的（110）取向的PZT铁电薄膜，所得薄膜的相对介电常数达到1000，剩余极化强度Pr达到和Pt基底上接近的15．2uc／cm^2，矫顽场强Ec达到70．8kV/cm．并且利用TF Analyzer 2000铁电分析仪测试了PZT铁电薄膜的疲劳特性，发现ITO底电极上PZT薄膜经过108次反转后，剩余极化强度仅下降15％．研究表明：磁控溅射法制备的掺锡氧化铟透明导电薄膜ITO可以作为铁电薄膜的上下电极．     

PZT薄膜反提拉生长的PbO挥发与退火条件研究

通过一新的溶胶-凝胶工艺:反提拉涂膜方法,在Si(100)和Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)基片上制备了PZT(Zr/Ti=52/48)铁电薄膜,并研究了退火工艺及其PbO的挥发对薄膜微结构、表面形貌、取向、及铁电性能的影响.本文首次提出并应用反提拉涂膜技术制备了PZT薄膜,此技术相对于传统的溶胶-凝胶工艺具有以下几方面的优点:操作控制简单方便、成本低、原料利用率高、无污染等.研究发现PZT薄膜通过增加PT晶种层后可以抑制PbO的挥发,同时薄膜呈现较强的(110)取向;在薄膜的退火处理过程中还发现氧气氛有助于降低PbO的挥发、促进晶粒的长大和降低钙钛矿的晶化温度,在氧气氛中退火的PZT薄膜显示了很好的铁电性能,其剩余极化强度明显增大而矫顽场只有极小的增加.     

铅过量PLZT铁电薄膜的制备及其电学性质研究

采用Sol-Gel法,在Pt/TiO2／Si基片上制备了具有不同铅过量（0－20mol%)的PLZT铁电薄膜。分析了薄膜的晶相结构,研究了铅过量对PLZT铁电薄膜的介电性能和铁电性能的影响。结果表明,各薄膜均具有钙钛矿型结构,且各薄膜均呈（110）择优取向。PLZT铁电薄膜的介电性能和铁电性能随铅过量的变化而改变。铅过量为10mol%的薄膜具有最佳的介电性能和铁电性能。     

氮氢混合气氛对SrBi2Ta2O9铁电薄膜和粉末性能的影响

用金属有机物分解法分别制备了SrBi₂Ta₂O₉（SBT）薄膜和粉末样品. XRD和SEM结果显示SBT粉末经历氮氢混合气氛400℃退火处理后发生了还原反应,金属Bi和δ-Bi₂O₃析出,成针状结构聚集在表面,晶体结构没有被破坏. SBT薄膜在500℃退火处理时,表面出现Bi的球形及针状结构聚集体,相对于薄膜结构,SBT粉末中的Bi元素在较低温度时更容易被还原. Bi的大量缺失严重影响薄膜的铁电性能,当退火时间为5.5min时,SBT薄膜剩余极化强度Pr下降了约43%,但是在109极化反转后仍然保持了良好的抗疲劳特性;退火时间超过8.5min时,薄膜被击穿,铁电性能消失.     

PLZT陶瓷靶材及溅射薄膜的微观结构研究

研究了铁电ＰＬＺＴ（７．５／６５／３５）陶瓷靶材及用射频磁控溅射法制备的相同组分陶瓷薄膜的矿物结构及显微结构。实验结果表明，与陶瓷靶材相比，陶瓷薄膜的结晶取向发生了较大的变化，晶粒度减小，致密度提高，但晶粒无完整的晶形。随退火温度的提高，薄膜的缺陷明显增加。     

沉积在Pt电极上的铁电PZP薄膜特性

研究了射频磁控溅射沉积在Ｐｔ电极上的Ｐｂ（Ｚｒ０．５３Ｔｉ０．４７）Ｏ２薄膜特性。经过不同温度退火处理后得到了钙钛矿结构的ＰＺＴ薄膜。在对其结构的形成和变化进行研究的基础上，探讨了薄膜ＰＺＴ相的形成机理。其电性能的测试表明，这种铁电ＰＴ（５３／４７）薄膜具有较好的铁民性能和疲劳特性。在６００℃下ＰＺＴ薄膜的剩余极化强度Ｐｒ为２４．８μＣ／ｃｍ＾２，矫顽场强度Ｅｃ为７０ｋＶ／ｃｍ。２１０ｋＶ／ｃｍ的     

电子束蒸发制备CuAlO2透明导电膜及光学性质

利用烧结的CuAlO2靶材运用电子束蒸发法沉积了p型CuAlO2薄膜样品.在空气中1000℃退火之后,薄膜样品出现了(006)定向结晶,且铜铝原子比满足化学计量.CuAlO2薄膜呈现了很好的透明性,500nm厚的薄膜样品在可见光范围透射率超过了80%.利用光谱分析,CuAlO2薄膜的光学禁带约为3.80eV,其平均折射率约为1.54,同其它方法制备的该薄膜的性能相近.薄膜样品室温电导率约为0.08S/cm.