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氧等离子体辅助脉冲激光沉积法制备pmn-pt薄膜的微观结构和电学性能(英文)

无机材料学报 2011年第11期26卷 1227-1232页

作者：何邕李效民高相东冷雪王炜中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室上海200050 中国科学院研究生院北京100049

采用氧等离子体辅助脉冲激光沉积方法(PLD)在硅衬底上,制备出高度(001)取向的钙钛矿相结构钛铌镁酸铅(pmn-pt)薄膜.研究了氧等离子体辅助对pmn-pt薄膜相结构、微观形貌和电学性能的影响.结果表明,通过在薄膜沉积过程中引入高活性的氧等... 详细信息

采用氧等离子体辅助脉冲激光沉积方法(PLD)在硅衬底上,制备出高度(001)取向的钙钛矿相结构钛铌镁酸铅(pmn-pt)薄膜.研究了氧等离子体辅助对pmn-pt薄膜相结构、微观形貌和电学性能的影响.结果表明,通过在薄膜沉积过程中引入高活性的氧等离子,可以有效地提高pmn-pt薄膜的结晶质量和微观结构.未采用氧等离子体辅助PLD方法制备pmn-pt薄膜的介电常数(10 kHz)和剩余极化(2Pr)分别为1484和18μC/cm2,通过采用氧等离子体辅助,其介电常数和剩余极化分别提高至3012和38μC/cm2.

关键词：脉冲激光沉积法 pmn-pt薄膜微观结构电学性能

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两步法快速退火对pmn-pt薄膜结构和性能的影响

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功能材料 2011年第8期42卷 1441-1444页

作者：郭红力刘果李雪冬肖定全朱建国四川大学材料科学与工程学院四川成都610064

采用射频磁控溅射法在LaNiO3(100)/SiO2/Si(100)衬底上制备了0.65Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.35PbTiO3(pmn-pt)铁电薄膜,采用两步法快速退火法对制备的pmn-0.35pt薄膜进行了不同工艺的后处理。实验结果表明,在LaNiO3上溅射的pmn-pt薄膜呈现高度的(100)取向。对pmn-pt薄膜测试表明,在合适的两步法快速退火处理时,可以获得表面平整颗粒饱满,且铁电性能很好的薄膜,其剩余极化强度(2Pr)可以达到24μC/cm2,平均粗糙度为7.4nm,在室温1kHz的测试频率下,εr和tanδ分别为545和0.062。

关键词：射频磁控溅射 pmn-pt薄膜快速退火(RTA)

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铁电pmn-pt薄膜热处理及红外性能研究

铁电PMN-PT薄膜热处理及红外性能研究

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中国光学学会2010年光学大会

作者：普朝光吕励杨漾昆明物理研究所

利用射频磁控溅射法生长了PZT及pmn-pt薄膜,提出了"分级退火"的概念,对PZT及pmn-pt薄膜的低温热处理技术进行了探索,研制出了PZT及pmn-pt薄膜材料样品,并测出了其热释电响应性能。实验表明,PZT及pmn-pt薄膜在550℃及450℃下就能完全晶... 详细信息

利用射频磁控溅射法生长了PZT及pmn-pt薄膜,提出了"分级退火"的概念,对PZT及pmn-pt薄膜的低温热处理技术进行了探索,研制出了PZT及pmn-pt薄膜材料样品,并测出了其热释电响应性能。实验表明,PZT及pmn-pt薄膜在550℃及450℃下就能完全晶化成钙钛矿结构,其热释电系数分别达到1-3.2×10-8Ccm-2K-1及2-10×10-9Ccm-2K-1,有望成为解决目前阻碍集成式铁电型非制冷焦平面探测器技术发展的瓶径问题,即铁电薄膜生长的高温与CMOS电路的兼容性问题的潜在可用材料。

关键词： PZT薄膜 pmn-pt薄膜热处理红外

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pmn-pt基弛豫铁电薄膜的制备及其储能性能研究

PMN-PT基弛豫铁电薄膜的制备及其储能性能研究

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作者：夏先杰武汉理工大学

学位级别：硕士

电介质电容器作为一种重要的电子元器件,因其的功率密度以及大的充放电速度的特点,在脉冲系统中具有重要的地位。随着电子元器件向着轻质化、小型化和集成化的方向发展,薄膜电介质电容器受到了广泛的关注,然而较低的储能密度限制了其应... 详细信息

电介质电容器作为一种重要的电子元器件,因其的功率密度以及大的充放电速度的特点,在脉冲系统中具有重要的地位。随着电子元器件向着轻质化、小型化和集成化的方向发展,薄膜电介质电容器受到了广泛的关注,然而较低的储能密度限制了其应用。从电介质原理出发,极化行为和击穿场强(E)对储能具有重要的影响,具有较小的剩余极化值P、较高的最大极化值P和高的E的电介质材料将获得较大的储能密度。弛豫铁电薄膜纤细的P-E曲线以及优异的温度稳定性成为薄膜电介质电容器的有力候选者。本文以铌镁酸铅-钛酸铅[(1-x)Pb(MgNb)O-x Pb Ti O,(1-x)pmn-x pt]电介质薄膜为研究对象,通过组分调控、工艺调控、离子掺杂等技术手段系统的研究了其储能性能。具体研究内容如下:(1)组分调控:本文制备了四种组分的pmn-pt固溶体,即(1-x)pmn-x pt(x=0.02、0.12、0.22、0.35)。通过对四种薄膜样品进行相结构、形貌以及储能性能分析,进而确定了具有最佳储能性能的固溶组分。结果表明,当x=0.12时,薄膜样品具有较好的结晶性能,表现出规则纤细的P-E曲线,P=28.67μC/cm,E=2137.7 k V/cm,可逆储能密度(W)和储能效率(η)分别为15.40J/cm和67%。表明0.88pmn-0.12pt薄膜具有较优的储能性能。(2)工艺调控:为了进一步优化pmn-pt的储能性质,本文系统地研究了退火次数(保持涂覆层数10层不变)、退火温度(600-750℃)以及退火时间(1-7min)等工艺因素对其储能性能的影响。研究表明,退火次数对薄膜结构和储能性能具有较大影响,在保持涂覆层数相同的情况下,随着退火次数的增加,薄膜具有更好的结晶性能,同时表现出较为致密均匀的表面形貌。因此层层退火的薄膜具有更好的微观结构和储能性能。此外,在650℃下保温3 min获得了结晶性良好且表面致密均匀的纯钙钛矿结构的薄膜样品。当P=27.2μC/cm,E=1946.0 k V/cm时,W和η分别为18.2 J/cm和68.3%。其储能性能得到了进一步的优化。(3)离子掺杂:为了进一步提高薄膜的储能性能,本文对0.88pmn-0.12pt薄膜进行了La掺杂,并系统地分析了La掺杂量对薄膜的影响。结果表明:所有薄膜样品均表现为纯的多晶钙钛矿相结构。随着La含量的增加,薄膜的晶粒尺寸呈现先增大后减小的趋势。PLMNT(x=0.01-0.03)薄膜样品相较于纯pmn-pt薄膜表现出更低的漏电流密度。同时,探讨了薄膜样品的漏电传导机制。此外,弛豫系数γ随着x的增大同步增大,表明了La掺杂提高了材料的弛豫特性。在x=0.02时,即在PLMNT薄膜中,E达到2947.2 k V/cm,△P(P-P)达到了29.6μC/cm,获得了25.2 J/cm的W和63.2%的η,同时在室温至135℃温度范围内表现出较为优异的热稳定性。

关键词： pmn-pt薄膜弛豫铁电溶胶-凝胶储能掺杂

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厚度调控对于0.67pmn-0.33pt薄膜电性能影响的研究

厚度调控对于0.67PMN-0.33PT薄膜电性能影响的研究

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中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会

作者：隋慧婷刘晓芳周定国孙华君淄博高新技术产业开发区先进陶瓷研究院武汉理工大学材料科学与工程学院

本论文采用溶胶-凝胶法结合层层退火工艺在pt/Ti/Si O/Si衬底上制备0.67Pb(MgNb)O-0.35Pb Ti O(0.67pmn-0.33pt)薄膜,以改变旋涂层数来对薄膜厚度进行调控。旋涂5层、8层、11层及14层的薄膜均具有单一钙钛矿结构;随着厚度的增加,薄膜电... 详细信息

本论文采用溶胶-凝胶法结合层层退火工艺在pt/Ti/Si O/Si衬底上制备0.67Pb(MgNb)O-0.35Pb Ti O(0.67pmn-0.33pt)薄膜,以改变旋涂层数来对薄膜厚度进行调控。旋涂5层、8层、11层及14层的薄膜均具有单一钙钛矿结构;随着厚度的增加,薄膜电绝缘性持续改善,20 V下旋涂14层的薄膜漏电流密度最低(0),这与厚度的增加延长了漏电流传输路径相关;铁电性测试结果表明,薄膜在最大测试电压下剩余极化P值随厚度增加而先增加后降低,最大值为23.3μC/cm(旋涂8层,490 nm)。与介电性能测试结果相结合发现,旋涂11层的薄膜综合性能最优秀,具有漏电流密度较低值(10)、P(22.6μC/cm)及介电常数ε较大值(10Hz,1530),介电损耗tanδ最小值(0.0860)。综上所述,厚度调控作为获得高性能0.67pmn-0.33pt薄膜乃至器件的关键环节,极具探索价值。

关键词：溶胶-凝胶法 pmn-pt薄膜厚度调控

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压电微机械超声换能器仿真与结构优化

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压电与声光 2022年第3期44卷 403-406页

作者：余卿遆金铭樊青青李俊红中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

压电微机械超声换能器(PMUT)在医疗阵列成像、手势识别、内窥成像、指纹识别等领域有着重要的应用,而灵敏度等性能是影响其成像质量的主要因素。该文对基于pmn-pt圆形压电复合振动膜的压电微机械超声换能器等效电路模型进行分析,并通过... 详细信息

压电微机械超声换能器(PMUT)在医疗阵列成像、手势识别、内窥成像、指纹识别等领域有着重要的应用,而灵敏度等性能是影响其成像质量的主要因素。该文对基于pmn-pt圆形压电复合振动膜的压电微机械超声换能器等效电路模型进行分析,并通过有限元法研究了压电层pmn-pt厚度对PMUT的发射电压响应、接收灵敏度的影响。仿真结果表明,当压电层厚度为4.5μm(厚度为基底厚度的90%)时,换能器的发射电压响应级最大,达到191.6 dB,接收灵敏度级随厚度的增加基本呈线性上升趋势;当压电层厚度为5.1μm(厚度为基底厚度的102%)时,回路增益(损耗)最大,达到-64.50 dB。

关键词： pmn-pt薄膜 PMUT 回路增益(损耗) 接收灵敏度发射电压响应

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(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3基薄膜电容器的制备与储能特性

(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3基薄膜电容器的制备与储能特性

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作者：李雨珂青岛大学

学位级别：硕士

近年来,薄膜介质电容器因其体积小、重量轻而受到越来越多的关注。其中,铁电薄膜电容器以其优越的性能发挥着重要的作用。它们通常具有较大的最大极化量和较高的击穿电场,具有优异的热稳定性和优良的疲劳性能。而弛豫铁电薄膜电容器更... 详细信息

近年来,薄膜介质电容器因其体积小、重量轻而受到越来越多的关注。其中,铁电薄膜电容器以其优越的性能发挥着重要的作用。它们通常具有较大的最大极化量和较高的击穿电场,具有优异的热稳定性和优良的疲劳性能。而弛豫铁电薄膜电容器更是铁电薄膜电容器中重要的一部分,其剩余极化量小,因而拥较大的能量密度(W)和高效率(η)。(1-x)Pb(MgNb)O-x PbTiO(pmn-pt)是一种经典的弛豫铁电材料,但关于它储能性能的研究非常少,我们认为它有巨大的储能潜力。在这项工作中,通过改变pmn-pt的化学计量比、厚度、生长的衬底等,我们选择了最优的pmn-pt薄膜,即生长在SrTiO(STO)基片上的93pmn-7PbTiO。然后研究了缓冲层对弛豫93Pb O-7PbTiO薄膜电容器储能性能的影响,该电容器具有5 nm厚的STO和La Al O(LAO)薄膜。通过在顶部pt/pmn-pt界面添加STO或LAO层,发现pt/pmn-pt/Sr Ru O(SRO)电容器的储能性能发生了显著变化,而在底部pmn-pt/SRO界面插入电介质层对电性能的影响可以忽略不计。具体而言,在STO缓冲层中,由于STO层中存在内部电场,可以防止从底部SRO到顶部pt电极的电子树枝生长,这导致pt/STO/pmn-pt/SRO电容器中的击穿电场显著增加,并且实现了约48.91 J/cm的大W,是pmn-pt电容器的3倍以上。在LAO的缓冲下,pt/LAO/pmn-pt/SRO电容器表现出较低的弛豫特性,这可能归因于带电的LAO/pmn-pt界面造成的纳米畴的钉扎效应。因此,与pmn-pt电容器相比,W和η都显著降低。由于在pmn-pt中收益很大,所以我们又将增添缓冲层的方法用于Pb(Zr,Ti)O(PZT)材料,因为PZT材料最大极化量大,如果能诱导其弛豫铁电行为,将会是一种优越的储能材料。我们制备了pt/PZT/SRO/STO薄膜和在不同位置的添加STO缓冲层的PZT薄膜。最后成功将正常铁电体诱导出弛豫铁电行为,在pt/PZT/STO/PZT薄膜中实现高达9.16 J/cm的W。我们为增强薄膜电容器储能性能提供了有效的方法,为调节材料弛豫和介电行为的物理机制提供了新的见解。

关键词：储能密度弛豫铁电体 pmn-pt薄膜 PZT薄膜介电击穿

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