退火温度对BZT薄膜介电性能的影响研究

采用sol-gel法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Ba(Zr0.2Ti0.8)O3(BZT)薄膜。X射线衍射分析表明,该BZT薄膜为钙钛矿结构而无其它物相存在。光学显微镜分析结果表明,退火温度为900℃时,BZT薄膜表面光滑平整,无裂纹产生;同时其介电常数最大而损耗最低。     

脉冲激光沉积Ba0.5Sr0.5TiO3、Pb0.5Ba0.5TiO3和Pb0.5Sr0.5TiO3薄膜及其介电性质

采用脉冲激光沉积法,在Pt／Ti／SiO2／Si基底上分剐制备厚度为350nm的Ba0.5Sr0.5TiO3(BST)、Pb0.5Ba0.5TiO3(PBT)和Pb0.5Sr0.5TiO3(PST)薄膜并研究了它们的介电性质。XRD显示,在相同的制备条件下三者具有不同的择优取向,PST具有(110)择优取向,PBT具有(111)择优取向,而BST则是混合取向。SEM显示三者样品表面均匀致密,颗粒尺寸大约在50nm至150nm之间。PST与BST、PBT相比有更高的介电常数,在频率为10kHz时,分别为874、334和355,而损耗都较低,分别为0．0378、0．0316和0．0423,同时PST漏电流也是最小的。测量薄膜的C-V特性扣铁电性能表明室温下BST呈现的是顺电相,PST和PBT则呈铁电相。本文也测量了薄膜在不同频率下的介电温度特性,BST、PBT和PST均表现出频率弥散现象,即随着频率的降低．居里温度降低而介电常数会升高。并测得BST和PST的居里温度分剐为-75和150℃。而PBT的居里温度在250℃以上。本文研究表明：与BST相比较,PBT的介电常数与之相近,漏电流较大;而PST具有高介电常数,较小的漏电流和较大的电容-电压调谐度,在相关半导体器件中的应用将有很大的潜力。     

溅射工艺参数对Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜沉积速率和介电性能的影响

铁电/介电BST(BaxSr1-xTiO3)薄膜在微电子学、集成光学和光电子学等新技术领域有广泛的应用前景.用射频磁控溅射方法制备了厚约700 nm的Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜,采用Al/BST/ITO结构研究了溅射功率、溅射气压、O2/(Ar O2)比和基片温度对上述BST薄膜沉积速率和介电性能的影响,并根据这些结果分析了较优的工艺条件,同时用XRD、XPS和SEM研究了薄膜的晶相、组成和显微结构.     

丝网印刷B-Li玻璃掺杂Ba0.5Sr0.5TiO3厚膜介电性能研究

钛酸锶钡(BST)陶瓷材料在外置偏压直流电场作用下,具有高的介电可调性,可以广泛地应用于电可调陶瓷电容器以及无源可调微波器件的设计与开发.通过B-Li玻璃的有效掺杂,实现BST陶瓷材料与Ag、Cu贱金属电极材料的低温友好烧结,是发展混合集成厚膜电路的技术要求.主要采用丝网印刷工艺,在Al2O3陶瓷衬底上,制备了B-Li玻璃掺杂的Ba0.5Sr0.5TiO3厚膜材料,并对其最佳烧结温度、物相结构、显微形貌以及介电性能进行了研究.结果表明,B-Li玻璃掺杂的Ba0.5Sr0.5TiO3厚膜材料在950℃可以实现低温烧结,得到了厚度为20μm的均匀致密厚膜材料;相比于BST陶瓷块体材料,5%(质量分数)B-Li玻璃掺杂BST厚膜的居里峰发生了明显的弥散和宽化,介电常数显著降低;在室温和10kHz频率下,其介电常数为210,介电损耗为0.0037,介电可调性可达15%以上,可以适用于厚膜混合集成电路与可调器件的设计和开发.     

Co掺杂对Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜介电性能的影响

利用溶胶凝胶工艺在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上制备了Co掺杂量为0～10%(摩尔分数)的(Ba0.6Sr0.4) Ti1-xCoxO3薄膜.研究了薄膜的结构、表面形貌、介电性能与Co掺杂量的关系.薄膜的介电损耗随着Co含量的增加而减少,在摩尔含量10%时达到最小值0.0128.FOM值在摩尔含量为2.5%达到最大值20,它的介电常数、介电损耗和调谐量分别为639.42、0.0218、43.6%.     

Ba0.5Sr0.5 TiO3薄膜、Ba0.1Sr0.9 TiO3/YBa2 Cu3O7-δ异质薄膜的制备及介电性能研究

铁电钛酸锶钡(BSTO)薄膜具备十分优越的铁电/介电性能,在可调谐微波器件和动态随机存储器(DRAM)方面显示出十分诱人的应用前景.而YBa2Cu3O-δ(YBCO)高温超导薄膜作为其电极引入,明显降低了微波损耗,能够大大优化器件的性能.本文针对微波器件性能要求对比了各种常用基片的性能参数,描述了目前BSTO薄膜与BSTO/YBCO异质薄膜制备中存在的问题以及薄膜介电性能测试表征方法.利用脉冲激光沉积(PLD)技术成功制备出结构完整和质量较高的Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜.同时,在1.2°斜切LaAlO3基片上研制有Ba0.1Sr0.9TiO3/YBa2Cu3O7-δ异质双层膜,在1MHz频率、77K温度条件下,其介电常数为1200,介电损耗为0.0045,±30V直流偏压时可调性达到60%,在液氮温度下表现出良好的应用前景.     

退火处理对铅基弛豫型铁电体介电、压电性能的影响

铅基驰豫型铁电体的峰值介电常数和压电性能在退火后有较大提高。     

CaRuO3电极对(Ba,Sr)TiO3薄膜的介电特性的影响

在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)衬底上,用脉冲激光沉积工艺分别制备出了(110)外延取向生长的(Ba0.65Sr0.35)TiO3/CaRuO3(BST/CRO)异质结构薄膜;BST/CRO异质结构薄膜由纳米晶团簇组成,最大的团簇晶粒达500 nm,平均晶粒尺寸在60～80 nm,薄膜厚度为650 nm.BST/CRO异质结薄膜均为表面平滑和致密结构.BST/CRO异质结薄膜的介电常数和介电调谐率分别高达851和78.1%.与纯BST薄膜比较,用CRO作电极,增益介电常数与介电调谐率.     

表面处理对CCTO/PVDF复合材料介电性能的影响

分别用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)和双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物(Si69)对CaCu3Ti4O12(CCTO)进行处理,采用溶液法制备处理后的CCTO/聚偏氟乙烯(PVDF)复合材料。采用XRD和SEM对复合材料的物相及微观结构进行分析,研究复合材料的介电性能与CCTO表面处理的关系。结果表明:经过表面处理的CCTO添加到PVDF中,提高了PVDF的介电常数,尤其是采用Si69处理的CCTO/PVDF复合材料,在1000Hz下介电常数达到了85,是不经过改性的CCTO/PVDF复合材料的5倍。     

纳米PbF2的介电性能

采用惰性气体蒸发和原位压结法制备了具不清洁界面的纳米PbF2块材。通过X射线衍射和介电测量，研究了物相组成、介电性能与频率和温度的关系。探讨了退火处理对试样物相组成和介电性能的影响。     

固相法制备钇掺杂的钛酸钡锶钙陶瓷的介电和热释电性能

采用固相反应法制备了Y掺杂 (Ba_0.6Sr_0.3Ca_0.1)_1-xY_xTi_0.999Mn_0.001O₃ (0≤x≤0.007)陶瓷, 重点研究了Y含量对BSCT基陶瓷的显微结构、介电性能和热释电性能的影响。结果表明: 随着Y含量的增加, BSCY_xTM陶瓷的平均晶粒尺寸逐渐减小, 介电常数、介电损耗、居里温度和热释电系数均呈现先增加后减小的趋势。当Y掺杂量为0.7mol%时, BSCY_xTM陶瓷的平均晶粒尺寸最小为3.1 μm, 且探测优值F_d较大, 最大值可达8.22×10^-5 Pa^-1/2(700 V/mm, 30℃), 高于采用溶胶-凝胶法制备的同组分陶瓷的探测优值5.91×10^-5 Pa^-1/2。     

柠檬酸盐法制备(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3无铅压电陶瓷的研究

用柠檬酸盐法制备了(Bi0．5Na0．5)0．94Ba0．06TiO3陶瓷。陶瓷的体积密度比传统固相法所得陶瓷的体积密度有所增加，可达到98％理论密度。热重-差热(TG-DTA)分析显示，BNBT6陶瓷粉体的柠檬酸盐法合成温度比传统固相合成温度低300℃左右。d33测试表明，陶瓷的d33值可达110pC／N。     

以LaNiO_3为电极在Si衬底上生长的(Ba,Sr)TiO_3薄膜的结构和介电性质

利用射频磁控溅射技术,在传导的钙钛矿型的LaNiO3电极上生长了(Ba,Sr)TiO3薄膜。为了研究生长温度对(Ba,Sr)TiO3薄膜结晶程度的影响,沉积过程中选择了100℃-700℃的衬底温度。在300℃的较低生长温度时,薄膜由无定型相开始转变为多晶相;当生长温度增加到500℃以上时,薄膜呈现出高度的(h00)取向。利用扫描电子显微镜(SEM),可以看到在600℃时,薄膜的表面形貌光滑而且致密。另外,随着生长温度的提高,薄膜的相对介电常数(rε)因为结晶性的改善快速增大;在500℃以上时增加得比较小。薄膜在600℃以上时,其介电损耗低于0.02。同时研究了不同生长温度条件下薄膜的电容-电压特性,薄膜的调谐率随着结晶性的改善获得了极大的提高,这主要是薄膜介电常数增大的结果。     

钛酸铋钠系列铁电薄膜的研究

铁电薄膜材料、集成铁电器件以及与之相关的物理问题,多年来一直是物理学（特别是电介质物理学）、材料科学与工程、微电子与光电子等领域的科学技术人员所关注的重要问题之一。重点介绍了钛酸铋钠系列铁电薄膜及其掺杂的研究,同时介绍了笔者对钛酸铋钠薄膜掺杂钙、锶、钡的一系列研究工作。     

Ba0.6Sr0.4TiO3/PANI的制备及吸波性能研究

采用超声场下原位聚合法制备了Ba0.6Sr0.4-TiO3/PANI复合材料。其结构、形貌和电磁性能分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和HP8510网络矢量分析仪进行了研究。结果表明,HCl掺杂后的PANI是部分结晶的。Ba0.6Sr0.4TiO3与PANI分子链之间存在某些相互作用。与PANI相比,在8.2～12GHz频率范围内,Ba0.6Sr0.4TiO3/PA-NI复合物的ε′值和ε″值均较大。在9.8～12.4GHz的频率范围内,Ba0.6Sr0.4TiO3/PANI复合物的tanδε值大于PANI的tanδε值。Ba0.6Sr0.4TiO3/PANI复合材料具有较好的微波吸收性能,最大损耗为-14dB,-10dB带宽超过了5GHz。     

铈掺杂Ba0.1Sr0.9TiO3的改性研究

铈掺杂Ba0.1Sr0.9TiO3陶瓷有着较高的介电常数和较低的压敏电压,但其烧结温度高,烧结成功率低,非线性系数小。用ZnO和过量TiO2加以改性,研究表明:适量TiO2起到了烧结助剂的作用,可将样品的烧结温度降低到1325℃,提高了样品烧结率,钛与锶的最佳物质的量比为5∶3;ZnO作为受主掺杂剂将样品的非线性系数提高到10以上,降低了介电损耗,其最佳的掺杂量为0.7%(摩尔分数)。最后用扫描电镜分析了掺杂ZnO样品的微观形貌。     

无铅压电陶瓷Bi0.5(Na0.90-xKxLi0.10)0.5TiO3-KNbO3的微结构与电学性能

采用传统陶瓷工艺制备了Bi0.5(Na0.90-xKxLi0.10)0.5TiO3-KNbO3无铅压电陶瓷,利用XRD,SEM 等测试技术分析表征了陶瓷的结构、表面形貌、介电、压电与铁电性能.结果表明:该体系陶瓷具有单相钙钛矿结构,KNbO3的引入使体系的居里温度和铁电-反铁电相变温度降低;随着钾含量的增加,KNbO3对体系性能的影响越明显.在室温下,该体系表现出良好的压电与铁电性能:压电常数d33和机电耦合系数kp分别达到195pC/N和31.9%,陶瓷样品表现出明显的铁电体特征,剩余极化强度Pr达到34.8μC/cm2,矫顽场强Ec为3.2kV/mm.     

快速热处理对(Ba,Sr)TiO3薄膜晶化行为的影响

采用射频溅射法在Si(111)基片上制备了(Ba,Sr)TiO3(BST)薄膜,并对制备的薄膜进行了快速退火热处理.采用X射线衍射和原子力显微镜分析了退火温度、退火时间和加热速度对BST薄膜晶化行为的影响.研究结果表明,BST薄膜的晶化行为强烈依赖于退火温度、退火时间和加热速度.BST薄膜的结晶度随退火温度的升高而提高.适当的热处理可降低BST薄膜的表面粗糙度,BST薄膜的表面粗糙度随退火温度的升高经历了一个先降低后增大的过程,但退火后BST薄膜的表面粗糙度都小于制备态薄膜的表面粗糙度.BST薄膜的晶粒尺寸随退火温度的升高经历了一个先增大后减小的过程.随退火时间的延长,BST薄膜的特征衍射峰越来越强,薄膜的晶化程度越来越高.随退火时问的延长,BST薄膜的晶粒尺寸和表面粗糙度也经历了一个先增大后减小的过程.BST薄膜的晶粒大小主要由退火温度决定.高的升温速率可获得较小的晶粒.     

高Q值(1-x)(Sr0.2Nd0.208Ca0.488)TiO3-xNd(Ti0.5Mg0.5)O3微波陶瓷的微结构及介电性能研究

采用固相法制备了(1-x)(Sr_0.2Nd_0.208Ca_0.488)TiO₃-xNd(Ti_0.5Mg_0.5)O₃(0.3≤x≤0.4, SNCT-NTMx)系微波介质陶瓷材料, 并研究了该体系的相组成、显微结构、烧结性能和微波介电性能之间的关系。结果表明: 在x = 0.3~0.35范围内, SNCT-NTMx陶瓷形成了正交钙钛矿固溶体, 并伴随有少量未知第二相; 当x增至0.4时, 第二相含量有所增加。介电性能研究结果显示: 随着x的增加, 体系介电常数(ε_r)减小, 但品质因子(Q×f)得到改善; 此外, 体系谐振频率温度系数(τ_f)随NTM含量的增加逐渐向负值方向移动。当x = 0.35, 陶瓷样品在1520℃烧结4 h 得到的微波介电性能较优: ε_r=50.1, Q×f =44910 GHz, τ_f= -1.7×10^-6/℃。