Y掺杂BST薄膜介电性能研究

用改进溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO_2/Si上制备了钇(Y)掺杂Ba_0.6Sr_0.4TiO_3 (BST)薄膜,研究了Y掺杂对BST薄膜表面结构和介电性能的影响.XPS结果表明,Y掺杂有利于薄膜钙钛矿结构的形成,但对氧空位没有明显的抑制作用.SEM和AFM结果表明,Y掺杂能缓解薄膜应力、减少薄膜裂纹、细化晶粒,进而改善薄膜的表面结构.在进行Y掺杂后,薄膜的介电性能得到明显提高,40 V外加电压下的介电调谐率大于40%及零偏压下介电损耗为0.0210,优化因子大于20.     

镁和钾交替掺杂BST薄膜优化设计与介电特性研究

根据K掺杂BST(KBST)和Mg掺杂BST(MBST)薄膜的优点,设计K和Mg三明治交替掺杂BST薄膜KBST/MBST/KBST(K/M/K)和MBST/KBST/MBST(M/K/M),用溶胶-凝胶(sol-gel)法在Si/SiO_2/Ti/Pt基片上制备该薄膜,研究其介电特性。薄膜为立方钙钛矿结构,平均晶粒尺寸16~20 nm。交替掺杂有效整合K掺杂和Mg掺杂,为受主掺杂,晶格常数增大。K/M/K掺杂显著增强晶化、促进薄膜生长,M/K/M掺杂明显细化晶粒、改善界面特性。20 V下C-V测试表明,KBST、MBST、M/K/M型及K/M/K型薄膜的最大电容依次为91、38、37和47 pF,调谐率64%、27%、38%和42%及介电损耗2.90%、1.67%、1.33%和1.58%;随膜厚增加,三者减小,调谐率与损耗之比值增大。M/K/M型薄膜具有最佳综合介电性能,可满足微波调谐需要。对有关机理进行了讨论。     

铈掺杂钛酸锶钡薄膜的结构及介电性能

用改善的溶胶凝胶法制备铈掺杂钛酸锶钡(Ba_0.6Sr_0.4TiO_3, BST)薄膜,研究其结构与介电性能.X射线光电子能谱表明,铈掺杂显著地减少了薄膜表面非钙钛矿结构.但是,由于掺杂薄膜较薄且掺杂量小,X射线衍射结果未见明显变化.原子力显微镜结果表明,掺杂BST薄膜表面光滑致密.掺杂BST薄膜的介电性能大幅度提高,在40 V外加电压下介电调谐率达60.8%,零偏压下的介电损耗为0.0265.同时,就有关结构及介电性能改善的机制进行了讨论.     

铈钇共掺钛酸锶钡薄膜的结构及介电性能

用改进的溶胶-凝胶法(sol-gel)制备了铈(Ce)钇(Y)共掺Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)薄膜,研究了薄膜的结构和介电性能。扫描电镜(SEM)显示,共掺使薄膜致密、缩孔减少、晶粒大小均匀,随着共掺浓度的增加薄膜表面更平整光滑。原子力显微镜(AFM)表明,共掺薄膜表面致密、晶粒呈球状生长、晶界更明显,随共掺浓度的增加晶粒变小、表面粗糙度减小。V-C曲线表明,相对于铈或钇掺杂,共掺使薄膜的综合介电性能提高,2%Ce和2%Y共掺BST薄膜显示最佳的综合介电性能:零偏压下的电容为7.6×10-11F、介电损耗为0.0126,40V偏压下调谐率为41%,优质因子为32.5,可满足微波调谐器件的需要。     

Ce掺杂Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜表面结构XPS研究

用改进的溶胶-凝胶法制备铈(Ce)掺杂和非掺杂2种钛酸铝钡(Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3,BST)薄膜,用X射线光电子能谱(XPS)研究薄膜的表面结构.XPS结果表明,BST薄膜的表面结构由钙钛矿结构和非钙钛矿结构组成,铈掺杂显著地减少了非钙钛矿结构.扫描电镜及原子力显微镜观察表明,掺杂BST薄膜光滑致密无裂纹.电压-电容曲线表明,掺杂BST薄膜的介电性能大幅度提高,在40V外加电压下介电调谐率达60.8%,零偏压下的介电损耗为0.0265.同时,就非钙钛矿结构的成因及Ce掺杂BST薄膜的有关改善机制进行了讨论.     

Y掺杂(Ba0.6Sr0.4)0.8TiO3薄膜的结构及介电性能

通过钇(Y)掺杂、适当增加钛(Ti)含量和调节薄膜厚度等优化设计,用改善的溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备了光滑致密的Y掺杂多层钛酸锶钡(Ba0.6Sr0.4)0.8TiO3,BST)薄膜,研究了该薄膜的结构及介电性能。X射线衍射(XRD)表明,该薄膜为钙钛矿结构,但其衍射峰强度很弱,主要与Y掺杂和微过量Ti有效减弱其铁电性有关。原子力显微镜(AFM)表明,该薄膜晶化较弱,且随厚度的增加晶化减弱,和XRD结果一致。该薄膜比Y掺杂的Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜显示更优异的综合介电性能,但与薄膜的厚度有关。随膜厚的增加,薄膜的电容和调谐率减小,但介电损耗大幅减小,其中,4层薄膜零偏压的介电常数为161、电损耗约为0.006,40V的调谐率为45.5%、优质因子大于75,可满足微波调谐器件的需要。     

薄膜厚度对Y掺杂Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜结构及介电性能的影响

采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)在Si/SiO2/Ti/Pt基片上制备了不同厚度(正比于薄膜层数)的钇(Y)掺杂Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)薄膜,研究了膜厚度对薄膜结构和介电性能的影响。原子力显微镜(AFM)表明,Y掺杂BST薄膜可显著改善表面形貌,且强烈依赖于薄膜厚度。当薄膜厚度适中(即当层数为8)时,表面晶粒细小、致密、均匀,晶界分明。X射线衍射(XRD)表明,Y掺杂BST薄膜显示钙钛矿结构,主要沿(110)晶面生长。随着薄膜厚度的增加,BST(110)峰的衍射强度先增后减,表明薄膜的相结构与薄膜厚度直接相关。Y掺杂BST薄膜显示优异的综合介电性能,且随着膜厚的增加,电容或介电常数减小。8层薄膜的综合介电性能最优,零偏压时的电容为17.8pF(介电常数130)、介电损耗为0.0057,调谐率为32%,优值因子为56,可满足微波调谐器件的需要。同时,就有关机理进行了分析。     

优异Y-BST薄膜的设计、制备及介电性能

就(Ba+Sr)/Ti的原子摩尔比例、掺杂浓度、薄膜厚度等优化设计钇掺杂Ba0.6Sr0.4TiO3(Y-BST)薄膜,用改进的溶胶-凝胶(sol-gel)法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备Y-BST薄膜,研究该薄膜的结构及介电性能。X射线衍射(XRD)表明,薄膜均为立方钙钛矿多晶结构,主要沿(110)晶面生长。随(Ba+Sr)/Ti比值的增加,BST薄膜衍射峰强度增加,晶化增强;Y-BST薄膜随掺杂浓度(>1%摩尔比)的增加,衍射强度减弱,晶化减弱,但随薄膜层数的增加,衍射强度增强,晶化增强。40V和100kHz的电压-电容测试表明,(Ba+Sr)/Ti比值为0.9及掺杂浓度为2%摩尔比的8层Y-BST薄膜具有最优综合介电性能:零偏压下的电容为18pF(介电常数137)、介电损耗小于1%,40V偏压下调谐率约为46%,优质因子约为77,能满足微波调谐需要。同时,就有关机理进行了分析。     

K和Mg高浓度交替掺杂BST薄膜介电性能研究

在Si/SiO_2/Ti/Pt基片上用改进的溶胶-凝胶法制备了高掺杂浓度的Mg掺杂、K掺杂及Mg/K交替掺杂(K掺杂表层)的钛酸锶钡(BST)薄膜,并研究了其介电性能。X射线衍射(XRD)表明,薄膜为钙钛矿多晶结构。高浓度掺杂能细化晶粒、促进受主掺杂,K掺杂对应的晶化减弱,Mg掺杂对应的相当,交替掺杂对应的增强;随掺杂浓度增加,晶格常数和晶粒略有增大和细化;随层数增加,交替掺杂薄膜的晶格常数增大,晶粒细化,6层薄膜对应晶化最强。扫描电镜(SEM)表明,交替掺杂薄膜表面形貌介于两单掺杂薄膜之间,且随膜层增加由K掺杂形貌逐渐向Mg掺杂形貌转变;逐层制膜工艺和预晶化使截面形貌致密,且致密性随膜层增加而增加。C-V测试表明,K掺杂对应的调谐率和损耗最高,Mg掺杂对应的最低,交替掺杂对应的适中,且随掺杂浓度和/或膜层的优化而优化。     

钇掺杂浓度梯度对BST薄膜介电特性的影响

用改进的溶胶-凝胶(sol-gel)法制备光滑致密的相邻两层钇(Y)掺杂浓度之差即掺杂浓度梯度分别为0、0.1%和0.3%摩尔比的6层钛酸锶钡(Ba0.6Sr0.4TiO3)薄膜,分别表示为0YBST、1YBST和3YBST,研究掺杂浓度梯度对薄膜介电特性的影响。X射线衍射(XRD)表明,薄膜为沿(110)晶面生长的立方钙钛矿多晶结构,其中,0YBST显示最强的晶化,1YBST显示最弱的晶化。0YBST具有最差的介电特性,而3YBST具有最佳的介电特性,介电损耗小于1%,优质因子大于40,可满足微波调谐需要。还讨论了介电损耗减小的机理。     

钇梯度掺杂Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜的sol-gel法制备及介电性能

用改进的溶胶-凝胶法(sol-gel)在Pt/Ti/SiO2/Si(S)上制备了各层Y掺杂浓度分别为0.5%/0.6%/0.7%/0.8%/0.9%/1%的上梯度掺杂和1%/0.9%/0.8%/0.7%/0.6%/0.5%下梯度掺杂的Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜。X射线衍射(XRD)表明,各薄膜主要沿(110)晶面生长,均为立方钙钛矿结构。相比均匀掺杂薄膜,梯度掺杂薄膜表现出较好的相结构衍射强度及晶化,上梯度薄膜更为显著。原子力显微镜(AFM)表明,梯度掺杂使薄膜的表面形貌得到极大改善,上梯度比下梯度薄膜具有更加光滑致密的表面相貌和更小的表面粗糙度。电压-电容曲线表明,上梯度薄膜介电性能得到明显提高,在零偏压下的电容为28.5pF(介电常数190)、介电损耗为1.63%及40V下的调谐率为52.3%,优质因子为32。     

退火温度对Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3薄膜晶化及介电性能的影响

用改善的溶胶凝胶(Sol-Gel)法制备了钛酸锶钡(Ba_0.6Sr_0.4TiO_3, BST)薄膜,研究了退火温度对薄膜晶化及介电性能的影响.X射线衍射表明,由于薄膜较薄,各温度下衍射峰强度均微弱,但呈(110)择优取向,随温度的升高峰强度逐渐增加,也出现其他晶向的衍射峰.扫描电镜和原子力显微镜表明,改善的BST薄膜表面形貌光滑致密、无裂纹、无缩孔,随温度的升高薄膜晶化增强、晶粒逐渐长大、粗糙度增加.40 V外加电压下的介电性能大幅度提高,介电调谐率大于30%,介电损耗约0.02,其中,650 ℃对应介电调谐率45.1%和介电损耗0.0187.同时,就有关结构、介电性能及退火温度的关系进行了讨论.     

柠檬酸络合铈掺杂BST纳米粉体的制备及介电性能

以柠檬酸为络合剂、乙二醇为交联剂、无水乙醇替代去离子水作为助溶剂,通过柠檬酸对有关金属离子的络合作用以及柠檬酸盐与乙二醇的酯化聚合作用,避免了常规柠檬酸法制备铈掺杂BST溶胶因水解而出现沉淀的现象,制备了稳定的铈掺杂BST溶胶及凝胶,经850℃煅烧后得到掺杂浓度为0%~5%、平均晶粒尺寸约为100 nm的高质量粉体。低浓度铈掺杂可获得均匀细小的晶粒,降低损耗,掺杂浓度为2 mol%对应0.003的介电损耗。与纯粉体相比,掺杂粉体的结构及形貌明显改善,综合介电性能显著提高,尤其介电损耗大幅降低,可满足铁电存储器、红外探测器、微波器件等应用需要。     

Zn掺杂制备介电可调PST薄膜

采用溶胶凝胶工艺,在ITO透明导电玻璃基板上成功地制备了Zn掺杂的Pb0.4Sr0.6TiO3(PST)铁电薄膜.XRD结果表明:550℃和600℃不同热处理条件下烧结的薄膜均呈单一的钙钛矿相结构.在不同外加直流电场下测试Zn 掺杂PST薄膜的介电性能,研究薄膜的介电可调性与热处理温度及过程的关系.发现550℃条件下制备得到的Zn掺杂PST薄膜几乎没有介电可调性,而在600℃条件下制备的Zn掺杂PST薄膜具有明显的介电可调性.另外,600℃条件下制备的Zn掺杂PST薄膜,其可调性随着保温时间和冷却时间的延长有所增加,介电损耗随保温时间和冷却时间的增大而减小.     

氟化钙掺杂对钛酸锶钡陶瓷结构和介电性能的影响

研究了Ca F2掺杂对钛酸锶钡(Ba0.6Sr0.4Ti O3,BSTO)陶瓷的结构和介电性能的影响。采用传统烧结工艺制备了Ca F2掺杂的BSTO陶瓷,对其晶体结构、微观形貌和介电性能进行了研究。XRD结果显示,Ca F2掺杂BSTO陶瓷为钙钛矿结构,当掺杂量≥3%(质量分数)时,基体中出现第二相Ba Ca Ti O4。添加少量Ca F2(0.5%)可明显减小晶粒尺寸,随掺杂量继续增加,晶粒尺寸变化不明显。Ca F2掺杂降低了BSTO陶瓷的介电常数和介电可调性,减小了其介电损耗,提高了材料的综合使用性能。     

Mg掺杂Pb0.3Sr0.7(Ti1-xMgxO)3-x陶瓷薄膜的制备及介电性能研究

利用固相烧结法制备的Mg掺杂Pb0.3Sr0.7(Ti1-xMgx)O3-x(PST)陶瓷为靶材,采用射频磁控溅射法在ITO玻璃基板上成功制备了Mg掺杂PST薄膜.用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和阻抗分析仪分别测定PST薄膜的物相结构、表面形貌及介电性能.结果显示,薄膜具有良好的钙钛矿结构,无明显的择优取向生成,薄膜表面均匀致密.Mg的掺杂改善了PST薄膜电容值的频率特性,使其更加稳定.薄膜电容值随着掺杂含量的增加而降低,在Mg掺杂量x=0.05左右时达到相对最低值,随后略有升高,介电损耗也有类似现象.薄膜可调性受Mg掺杂量的增加而不断下降,总体下降约3倍,但介电损耗总体下降约达5倍.材料的优值在Mg掺杂量x=0.05时反而有所升高.     

Ba2+掺杂钛酸锶铋铁电陶瓷及其介电行为研究

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)方法,制备了Srl-xBaxBi4Ti4O15(SBBT)粉体,并利用该粉体在1060℃～1120℃之间烧结得到了不同组分的SBBT铁电陶瓷.随着Ba2+掺杂量的增加,SBBT陶瓷的烧结温度逐渐降低,晶粒尺寸逐渐增大,SrBi4Ti4O15(SBTi)的晶粒大小约为2μm～3μm,厚度为1μm;而BaBi4Ti4O15(BBTi)的晶粒大小约为8μm～10μm,厚度为2.5μm.且晶粒明显呈板状结构.Ba2+掺杂SBTi陶瓷不仅引起其晶粒尺度及形貌上的变化,而且还对其介电性能产生较大的影响.随着Ba2+掺杂量的增加,SBBT陶瓷的介电常数先增大后减小,介电损耗先减小后增大,当Ba2+掺杂量为50%时,将出现极值点.同时,频率的增加使得介电常数逐渐减小而损耗逐渐增大,在频率为1kHz,Ba2+掺杂量为50%,介电常数和介电损耗分别出现极大值(290)和极小值(0.5%).     

镧掺杂(Na0.5Bi0.5)TiO3压电陶瓷的结构与性能

采用传统陶瓷工艺制备了镧掺杂(Na0.5Bi0.5)TiO3无铅压电陶瓷,研究了材料的结构、介电和压电性能.发现镧掺杂有利于生成稳定的钙钛矿结构,促进了晶粒生长.镧掺杂(Na0.5Bi0.5)TiO3陶瓷表现出明显的弛豫特性,当镧掺杂量为5mol%时,1200℃烧结样品室温下的介电常数从630提高到855,介电损耗从5.2%减小到3.3%.适量的镧掺杂大幅降低了材料的电导率,最佳的掺杂量为1 mol%,测量温度为75℃时,该配方1200℃烧结样品的电导率σ仅为7.75148×10-13S·cm-1,同掺杂前的9.50827×10-11 S·cm-1前相比减小了3个数量级.     

YF_3掺杂对Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3介电可调性的影响

采用传统工艺制备了YF_3掺杂的Ba_0.6Sr_0.4TiO_3陶瓷材料,研究了YF_3掺杂比例对钛酸锶钡材料结构及介电性能的影响.结果表明:烧结后得到的BSTO材料具有典型的钙钛矿结构;YF_3掺杂具有降低Ba_0.6Sr_0.4TiO_3材料的介电常数、细化陶瓷晶粒和提高介电常数温度稳定性的作用.在氟化钇掺杂比例1%时介电常数降至1887(100 kHz),介电可调性达到30%(1.5 kV/mm)以上, 各掺杂比例的钛酸锶钡材料的介电损耗均在1%以下.     

溶胶凝胶法制备Zn-Si-B-O掺杂钛酸锶钡(Ba0.60Sr0.40TiO3)玻璃陶瓷的制备及其介电性能研究

采用溶胶凝胶方法制备Zn-Si-B-O掺杂Ba0.6Sr0.4TiO3玻璃陶瓷.研究Zn-Si-B-O玻璃组分从5%～50%(摩尔分数,下同)掺杂Ba0.6Sr0.4TiO3玻璃陶瓷的相结构与介电性能.分析Zn-Si-B-O玻璃组分对Ba0.6 Sr0.4TiO3玻璃陶瓷结构及其介电性能的影响.结果表明:Zn-Si-B-O掺杂Ba0.6Sr0.4TiO3玻璃陶瓷的烧结温度低于传统工艺.Zn-Si-B-O掺杂Ba0.6Sr0.4TiO3玻璃陶瓷的相结构为立方钙钛矿相结构(≤40%),不存在第二相.Zn-Si-B-O掺杂Ba 0.6 Sr 0.4TiO3玻璃陶瓷的介电常数ε随着烧结温度升高而增大,介电损耗tanδ随测试温度的增加而降低.Zn-Si-B-O玻璃相聚集在晶粒边界区域,其作用稀释降低了玻璃陶瓷的介电常数,阻止晶粒生长,并降低了介电损耗tanδ.随着晶粒平均尺寸的减小,Zn-Si-B-O掺杂Ba 0.6Sr 0.4TiO3玻璃陶瓷样品的介电峰变低,平坦,宽化的现象.