SBT-BFO复合铁电薄膜的制备及性能研究

作     者：张丽萍 

作者单位：山东建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：范素华

授予年度：2018年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：溶胶-凝胶 Sr2Bi4Ti5O18 BiFeO3 铁电性 

摘      要：铋层状钙钛矿结构的铁电材料在外界条件的作用下能产生各种热电效应。不同的电性能或几种性能的组合应用使得铁电材料在航空航天、集成电路、光电子信息技术、能源等多种领域具有巨大的应用潜力。以SrBiTiO(SBTi)为代表的SrBiTiO(SBTi)铁电材料由于具有无疲劳特性,较高的剩余极化强度、较低的矫顽场强和漏电流等优点使其成为非易失铁电存储器(NVFRAM)研究的主要材料。但居里温度和压电系数较低等缺点限制了它的使用。BiFeO(BFO)是典型的无铅多铁性环境友好型材料,其铁电性能和铁磁性能非常优异。但因电荷补偿产生大量的氧空位导致薄膜漏电流密度也较大,表现出较高的电导率,且单相合成困难。因此利用掺杂取代、形成固溶结构、优化制备工艺等各种手段对铁电材料进行改性成为研究热点。本文用采用溶胶凝胶法,在室温下将SBTi和BFO复合,制备出(1-x)SrBiTiO-xBiFeO(SBFTi-x,x=0.4)系列薄膜,并对BFO的含量对薄膜结构性能的影响进行了实验研究,同时改变薄膜制备的工艺参数,对工艺参数进行优化。铁电薄膜样品的剩余极化强度随着BFO含量的增加体现出先增大后减小的趋势,当BFO增加到0.1时,样品的剩余极化强度达到最大值2Pr=40.3μC/cm,而漏电流密度达到最小为J=2.2×10A/cm。在低电场下薄膜样品漏电流的传导主要是欧姆传导机制或者是欧姆导电与空间限制电荷导电机制共存。当退火温度为575℃时薄膜结晶最好,此时剩余极化强度取得最大值2Pr=48.7μC/cm,矫顽场和漏电流密度也较小,为J=4.1×10A/cm。将漏电流曲线进行拟合,在低电场下薄膜内部导电机制为欧姆传导,在高电场下则为空间电荷限制电流传导。随温度升高,薄膜样品的介电常数变大。以稳定频段进行测试时,介电常数和介电损耗的变化都趋于稳定,且稳定性较好。以SBTi为过渡层,制备了SBTi与BFO的双层结构薄膜样品,发现此双层结构的薄膜样品结晶良好,晶粒致密。且对于BFO薄膜,晶粒出现了ab轴择优。SBTi过渡层的存在降低了双层结构薄膜的漏电流密度。当过渡层层数为4时,所测得的漏电流密度值最小。