锆钛酸铅(PZT)薄膜的自发极化与压电响应

用溶胶－凝胶法在Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ（１００）基片上制备了近等原子比的压电ＰＺＴ薄膜,在准同型相界附近的ＰＺＴ薄膜的应变机制是受极化控制的压电效应,内电场导致薄膜的自发极化定向,使薄膜未经极化就具有明显的压电响应。     

高取向度PZT铁电薄膜的研制

用无机盐替代锆卤,通过Ｓｏｌ＝Ｇｅｌ方法,合成均匀、稳定的ＰＺＴ溶胶。采用Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ２／Ｐｉ基片加入ＰＴ过渡层,经快速热处理制备出沿（１００）高度定向的ＰＺＴ陶瓷薄膜,此薄膜具有良好的铁电性能。     

PZT多层薄膜物性的研究

对磁控溅射ＰＺＴ铁电多层薄膜进行了分析。结果表明：通过多层薄膜合理的设计和厚度控制，可以改善薄膜进一步的器件应用提供了可能性。通过研究发现，制备多层较理想的溅射条件是衬底温度Ｔ＝６５０℃，薄膜子层厚度约为３００ｎｍ，衬底则以ＭｇＯ（１００）单晶、Ｓｉ２（１００）单晶为佳。结构分析的结果显示出：ＰＺＴ以铁电膜中的晶粒排列整齐，颗粒大小均匀，基本上和衬底成定向织构，膜的角度对多层膜的绝缘性能影响不大，     

PZT多层薄膜物性的研究

对磁控溅射PZT铁电多层薄膜进行了分析，结果表明：通过对多层薄膜合理的设计和厚度控制，可以改善薄膜的性能，为进一步的器件应用提供了可能性。通过研究发现。制备多层膜较理想的溅射条件是衬底温度Ts＝650℃，薄膜子层厚度约为300um，衬底则以MgO（100）单晶、SiO2（100）单晶为佳。结构分析的结果显示出：PZT多层铁电膜中的晶粒排列整齐，颗粒大小均匀，基本上和衬底成定向织构，膜的电畴呈180°。通过比较可以发现，子层厚度及总厚度超薄，膜的介电常数越大，弛豫频率也越高。但薄膜总厚度对多层膜的绝缘性能影响不大，这说明薄膜的绝缘性质主要是由金属－铁电薄膜的界面决定的。在不同的电压下，多层膜的传导性能影响肖特基势垒的穿透和Fowler－Nordheim隧穿。     

硅基PZT压电薄膜微开关的设计和制作

对硅基锆钛酸铅（PZT）压电薄膜微开关进行了结构和版图设计，根据MEMS加工工艺和标准硅基IC工艺的特点，获得了硅基PZT压电薄膜微悬臂梁结构系统工艺流程中的关键工艺技术和典型工艺条件，对多孔硅的选择性生长进行了较为详细的实验研究，最后成功的制备出硅基PZT压电薄膜微开关样品，这对集成化芯片系统的进一步发展打下了必要的良好的实验基础。     

提高PZT压电性能方法的研究现状

PZT(锆钛酸铅)是应用最广泛的压电陶瓷。介绍了提高PZT压电陶瓷压电性能的方法,重点总结了采用改变锆钛比、进行掺杂改性和调节烧结温度等方法来改变压电性能的研究现状,进而为改进工艺提高压电性能提供理论支持,并展望了将PZT压电材料应用于智能涂层在线监测的前景,分析了亟待解决的问题。     

电极对PZT铁电薄膜的微观结构和电性能的影响

采用溶胶—凝胶(sol—gel)工艺分别在Pt／Ti／SiO2／Si和LNO／Si电极上制备Pb(Zr0．53，Ti0．47)O3(PZT)铁电薄膜。研究了不同电极材料对PZT铁电薄膜的微结构及电性能的影响。(100)择优取向的PZT／LNO薄膜的介电性能和铁电性能较(111)／(100)取向的PZT／Pt薄膜略有下降，但在抗疲劳特性和漏电流特性方面都有了很大提高。PZT／LNO薄膜10m次极化反转后剩余极化几乎保持未变，直至10^12次反转后，剩余极化仅下降了17％。     

准同型相界附近PZT压电陶瓷电致疲劳性能研究

研究了准同型相界(morphotropic phase boundary 简称MPB)附近不同组分的锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷在交流电场下的电致疲劳特性.发现电场频率对材料的电致疲劳性能有较大影响.高频电场下不同组分PZT材料的疲劳现象均不明显;低频电场下,不同组分的PZT材料疲劳特性差异较大.分析认为氧空位及其缔合缺陷偶极子在不同频率交变电场下的响应差异是其主要原因.拉曼光谱分析表明,低频疲劳后准同型相界区材料中部分菱方相转变为四方相,使其抗疲劳性能下降.     

不同组分PZT压电薄膜的性能

采用sol-gel工艺在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了不同条件的锆钛酸铅（PZT）薄膜.分析了不同的前烘温度、不同锆钛比例对PZT薄膜的微观结构和电特性所产生的影响.SEM分析结果显示,铁电薄膜的晶化较完善,薄膜表面均匀致密.用X射线衍射分析了不同条件制备的PZT薄膜,表明薄膜的微观结构和取向不仅对热处理的条件非常敏感,而且也深受薄膜组分的影响.铁电测试表明对PZT（锆/钛=30/70）,300℃热处理的薄膜具有最大的自发极化值.而对于不同锆钛比的薄膜,在准同型相界附近的53/47配比的PZT薄膜表现出最好的铁电性、介电性和最高的体电阻率.     

PZT/Si薄膜的扩散反应研究

运用XPS和AES研究了PZT薄膜／Si在热处理过程中的薄膜及界面化学反应：在热处理过程中，气氛中的氧气通过PZT的缺陷通道扩散到PZT／Si界面上，并与界面上的硅发生氧化反应形成SiO2界面层。同时基底上的硅通过PZT的缺陷扩散到样品表面形成SiO2表面层。此外，在PZT／Si界面上，Ti的氧化物和Si发生还原反应，形成了TISix金属硅化物，并残留在PZT膜层和SiO2界面层中。在PZT膜层内，有机结碳和钛的氧化物发生还原反应形成了TiCx物种，并存在于PZT膜层中。     

Sol-Gel Based Soft Lithography and Piezoresponse Force Microscopy of Patterned Pb(Zr_(0.52)Ti _(0.48))O_3 Microstructures

Sol-gel based soft lithography technique has been developed to pattern a variety of ferroelectric Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT) microstructures,with feature size approaching 180 nm and good pattern transfer between the master mold and patterned films.X-ray diffraction and high-resolution transmission electron microscopy confirm the perovskite structure of the patterned PZT.Piezoresponse force microscopy(PFM) and switching spectroscopy piezoresponse force microscopy(SSPFM) confirm their piezoelectricity and ferroe...     

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.     

溶胶—凝胶法制备（Pb,La）TiO3铁电陶瓷薄膜的研究

用红外光谱研究了溶胶－凝胶法制备ＰＬＴ铁电陶瓷薄膜的成胶机理，研究了前体溶液的稳定性及多次覆膜工艺。     

溶胶－凝胶工艺参数对（Pb，La）TiO_3薄膜结构的影响

系统地研究了溶胶－凝胶（Ｓｏｌ－Ｇｅｌ）方法制备（Ｐｂ_（１－Ｘ）Ｌａ_ｘ）Ｔｉ_（１－ｘ／４）Ｏ_３（简称ＰＬＴ）薄膜时催化剂（或ｐＨ值）、溶液浓度在室温下对形成溶胶和凝胶的影响规律，用Ｘ射线结构分析和ＳＥＭ研究了热处理工艺对薄膜结构及晶粒尺寸的影响。实验表明，浓度、醋酸含量都存在一个最佳的范围，且随铜（Ｌａ）含量的增加，该范围减小；实验还发现，随着Ｌａ含量的增加，薄膜的晶化温度降低。在单晶（１００）Ｓｉ衬底上成功地制备出了具有钙钛矿型结构、厚度约为２００ｎｍ、均匀、致密、无裂纹的ＰＬＴ晶态薄膜。     

LaNiO3缓冲层对Pb(Zr,Ti)O3铁电薄膜的影响

采用化学溶液法在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备了PbZr0．4Ti0.6O3／LaNiO3(PZT／LNO)多层薄膜。X射线衍射测量表明LNO缓冲层的引入使PZT薄膜(111)择优取向度减小,(100)取向增加。原子力显微镜测量表明引入LNO缓冲层使得PZT薄膜表面更加平整、致密。在LNO缓冲层上制备的PZT薄膜具有优良的铁电特性和介电特性：LNO缓冲层厚度为40nm时,500kV／cm的外加电．场下。剩余极化(Pr)为37．6μC／cm^2,矫顽电场(Ec)为65kV／cm;100kHz时,介电常数达到822,并且发现LNO缓冲层的厚度为40nm,PZT的铁电、介电特性改进最为显著。     

掺铌Pb(Zr,Sn,Ti)O3反铁电-铁电转换电场的研究

研究了掺铌PZST反铁电陶瓷中组份和温度对诱导反铁电－铁电相变转换电场的影响,测定了Pb0.99Nb0.02((Zr0.80Sn0.20)1-yTiy)0.98O3系中正向转换电场EF与组份y(Ti)的关系和电极化前后的反铁电／铁电相界。实验测量结果显示,某组份y(Ti)的反映电－铁电转换强度大小取决于该组份与铁电／铁电相界组份的差距。在Pb0.99Nb0.02((Zr0.80Sn0.20)1-yTiy)0.98O3系中随着试样温度升高,反向转换电场EB保持不变,正向转换电场EF和电滞△E降低。这一现象表明温度有助于降低反铁电－铁电相变的应能使得电场诱导反铁电－铁电相变容易进行,因此可以采用加热电极化方法来降低极化电场强度。     

(Pb0.90La0.10)Ti0.975O3/LaNiO3薄膜的射频磁控溅射制备和性能研究

采用射频磁控溅射技术,以LaNiO3(LNO)作为过渡层,在SiO2/Si(100)、Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)衬底上分别获得了(100)、(110)取向的(Pb0.90La0.10)Ti0.975O3(PLT)铁电薄膜.研究了LNO/Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)和LNO/SiO2/Si(100)基底对PLT薄膜微结构和铁电性能的影响.实验结果表明,与在LNO/Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)基底上沉积的(110)取向的PLT薄膜相比较,在LNO/SiO2/Si(100)基底上沉积的高度(100)取向的PLT薄膜具有更好的微结构和更高的剩余极化强度,其2Pr为40.4μC/cm2.     

部分草酸铅法共沉淀合成Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)粉体

结合部分草酸铅固相反应法的优点对共沉淀法进行改进,发展了一种合成锆钛酸铅(PZT)粉体新工艺.在该工艺中,首先利用共沉淀法制备Zr、Ti的羟基氧化物共沉淀((Zr0.52Ti0.48)O(OH)2,ZTOH),然后以草酸为沉淀剂,在含有ZTOH沉淀物的悬浮液中沉淀铅离子,得到合成PZT粉体的前驱体粉体.利用DTA、TG和XRD对前驱体的热分解行为和相转化过程进行了研究,利用场发射扫描电镜(FESEM)对前驱体的形貌演化进行了观察.前驱体粉体经过700℃煅烧2h,转化为晶化良好的纯相钙钛矿PZT粉体.     

Pb(Hf_(0.3)Ti_(0.7))O_3铁电薄膜的制备与性能研究

采用脉冲激光沉积方法在不同温度下生长Pb(Hf0.3Ti0.7)O3(PHT)铁电薄膜,利用各种表征手段测试并分析薄膜的微观结构和电性能。研究表明,生长温度为400℃沉积的PHT薄膜具有良好的(111)择优取向;PHT薄膜矫顽场(2Ec)为390 kV/cm,剩余极化强度(2Pr)为53.1μC/cm2,经1.5×109次翻转后剩余极化强度保持85%;PHT薄膜绝缘性能良好,相对介电常数约为540。PHT薄膜有望应用于铁电随机存储器。