PZT铁电薄膜的制备与性能研究.pdf

PZT铁电薄膜的制备与性能研究.pdf四川大学硕士学位论文PZT铁电薄膜的制备与性能研究姓名:蒲朝辉申请学位级别:硕士专业:凝聚态物理指导教师:朱建国20060430PZT铁电薄膜的制备与性能研究凝聚态物理专业研究生:蒲朝辉指导教师:朱建国本论文主要采用磁控溅射(ronSputtering)法制备了PzT铁电薄膜,包括制备Pb(,Tio20)03和Pb(Zr020,Ti080)03单层膜以及Pb(Zr0。20)0380)03多层膜;,Ti/Pb(,TiSol--Gel了PZ3’铁电厚膜。研究了不同衬底、不同Ar:02气氛以及不同衬底温度对制备PZT薄膜的结构和性能的影响;研究了PZT多层铁电薄膜的制各工艺;利用XRD、SEM、AFM、XPS、EDAX等现代分析技术对PZT单层膜、PZT多层膜以及厚膜的结构、成分、形貌、进行了深入的分析研究;利用TH--2816型数字电桥和压电工作站测试了PZT铁电薄膜、厚膜的电学性能。本论文获得的主要结论如下:1、%%,PZT在晶格失配率较小的Pt上形核生氏远比在晶格失配率大的si和SiO,/Si上容易。利用SEM对不同衬底I:沉积的PZT薄膜表面进行了分析,发现在si和Si02/Si表面上沉积的PZT薄腹都有裂纹}=|_{现,在Pt上沉积的PZT薄膜经退火处理后,薄膜表面平整,无裂纹、孔洞,微观结构致密,颗粒大小均匀一致。2、在维持较低的衬底温度T。=300。C的条件下,在纯Ar中原位沉积的PZT薄膜经后期退火处理后呵以得到较高纯度的钙钛矿结构。而当溅射气体中含有02时,溅射制备的PZT薄膜很难经退火处理转变为钙钛矿结构。溅射气体中含氧气比例越多,溅射制备的PZT薄膜的钙钛矿相含景越低。3、在550℃、600℃、650℃的衬底温度下,在位沉积了PZT薄膜。实验发现在600。C时沉积的PZT薄膜可以得到完全的钙钛矿结构。利用AFM对550℃、600。C、650℃下三种温度下沉积的PZT铁电薄膜进行了表面形貌分析,其扫描范围为500nm时,PZT薄膜的表面均方根粗糙度(RMS)、,、,这表明PZT薄膜随着衬底温度的升高晶粒逐渐长大,表面粗糙度升高。4、利用Sol--Gel技术制备了PZT纳米粉体,利用改进Sol--Gel技术在Pt/Ti/Si02/Si上成功制备出了厚度约为5睥l的PZT铁电厚膜。5、利用XPS分析了溅射制备的Pb(Zro80,Tio20)03薄膜的化学成分,PZT薄膜的中含有Pb、Ti、Zr以及O原子的比例为:%、%、%%。利用EDAX分析了PZT薄膜中Pb、%、%%,可以看出PZT薄膜的Pb、Ti、zr接近化学计量比。6、利用SEM对多层膜进行了断面分析,,、测试了PZT铁电单层膜、多层膜以及厚膜的电学性能,发现PZT铁电单层膜、多层膜的介电常数和介质损耗都是随频率的增加而降低的,其中,多层膜在dR/dT为l/,介电常数为347。8、利用压电工作站测试了PZT铁电单层膜、多层膜以及PZT厚膜的电滞回线,PZT(80/20)单层薄膜的剩余极化强度P,=,矫顽场E。=;PZT(20/80)单层薄膜的P,=,E。=;多层膜在dR/dT为1/3时,Pr=,E。=。PZT厚膜的Pr=,E。=。9、利用Keithley6517型静电计测试了PZT(80/20)铁电厚膜的热释电电流,发现PZT厚膜42。C~51℃×10罐(C/cm2K)关键词:PZT、铁电薄膜、多层膜、铁电厚膜、溅射、溶胶一凝胶PREPARATIONANDCHARACTERIZATlONOFPZTFERRoELCTRICTHINFILMSSpecialty:CondensedPhysi鹳Candidate:ZhaohuiPaAdvisor:(Zr,。Tk)03(PZT)filmsandmultilayerfilmsconsistingofalternatingPb(Zr0sTi02)03andPb(Zr02Tios)03la