收藏本站
《华东师范大学》 2014年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

掺杂钛酸铋钠铁电薄膜的制备及光电特性研究

张思  
【摘要】:钛酸铋钠Na0.5Bi0.5TiO3(NBT)由Smolensky于1960年首次发现并报导。它的结构是复杂的AB03钙钛矿结构,A位上有两种不同的离子。纯钛酸铋钠是一种铁电材料,居里温度(Tc)为320℃,在室温下剩余极化强度(Pr)为38μC/cm2,矫顽场(EC)为73kV/cm。它是发展无铅铁电和压电器件的首选材料之一。然而,没掺杂的NBT材料压电系数低,电致张力小。为了提高NBT的这些性能使之成为更好的铁电材料,可以使用掺杂这种方法来改善它的压电和铁电性能。最近,有研究发现在NBT薄膜中掺杂Ce和Fe之后,其漏电流减小且铁电性改善。因此,在本文中更深一步的研究了掺杂了Ce和Fe的NBT薄膜即(Na0.5Bi0.5)1-xCex(Ti0.99Fe0.01)O3(NBCTFx;0≤x≤0.10)的制备以及光学和电学性质,以便研究出更好的器件。 本文采用设备成本低,制备工艺简单的溶胶-凝胶(Sol-Gel)技术和旋涂法来制备掺铁和铈的NBT系列薄膜(NBCTFx),并通过X射线衍射光谱(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、椭圆偏振光谱技术(SE)和铁电测试仪、高阻电流计等电学表征手段来研究NBCTFx系列薄膜在常温下的微结构、表面形貌、光电学性质及铁电性质和变温下的光学性质和相变性质。本文的主要工作和创新点包括以下几点: (1)用x射线衍射光谱、原子力显微镜、扫描电子显微镜、x射线光电子能谱等设备对采用Sol-Gel技术制备的NBCTRx薄膜进行检测,获得样品的晶格结构、晶粒尺寸、表面形貌、截面形貌及元素组分等信息。通过X射线衍射光谱测试结果可得知NBCTFx薄膜呈现出纯钙钛矿相且没有杂相,薄膜的晶粒尺寸大小随着铈组分的增加而减少。通过原子力显微镜和扫描电子显微镜测试结果可观测到NBCTFx薄膜表面致密均匀,表面形貌大体相似。通过x射线光电子能谱进一步确认了NBCTFx薄膜各组分的元素组分和化合价。 (2)用椭圆偏振光谱技术研究了NBCTFx系列薄膜在常温下的光学特性。通过提取出淀积在(111)Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上的铁电薄膜NBCTFx的介电函数(ε(E)=ε1(E)+iε2(E),并采用四相层结构(空气/表面粗糙层/NBCTFx薄膜/铂金)的结构模型来研究薄膜的椭圆偏振光谱,得到NBCTFx系列薄膜的介电函数、光学禁带宽度和薄膜厚度等参数。实验拟合的结果表明薄膜的光学带宽随着铈组分的增加而减少。 (3)通过铁电测试仪和高阻电流计测试NBCTFx薄膜在常温下的电学特性。主要是通过实验得出它的电滞回线(P-E)和电流-电压(I-V)特性曲线,从而得出其铁电性好坏及漏电流与铈掺杂浓度之间的关系,并进一步分析其漏电流机制。最后得出结论,NBCTFx薄膜的漏电流随着铈组分的增加而减少,NBCTFO.10薄膜的铁电性最好。 (4)通过变温椭圆偏振光谱技术研究了NBCTF0.08和NBCTF0.10薄膜在变温下的光学性质和相变性质。通过Tauc-Lorentz模型推导出了在光子能量为0.6-6.4eV范围内介电函数随温度的依赖关系,发现薄膜介电函数的实部(ε1)和光学带宽(乓)在200和340℃分别发生了一次突变,电子能带结构在相变区域表现反常,这种现象可能是由于极化反转造成的。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM221

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马晋毅,吴裕功,董向红,邢磊,张昊宇;(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3陶瓷A位二价金属离子取代的研究[J];压电与声光;2000年04期
2 吴裕功,马晋毅,董向红,邢磊,谢道华;(Na_(1/2)Bi_(1/2))TiO_3-SrTiO_3无铅压电陶瓷的介电、压电性能[J];压电与声光;2000年06期
3 赁敦敏,肖定全,朱建国,余萍,庄严;Bi_(0.5)(Na_(1-x-y)K_xLi_y)_(0.5)TiO_3压电陶瓷的制备、性能与微结构[J];电子元件与材料;2004年11期
4 陈建华,裴志斌,车俊,屈绍波,杜红亮;非铅基压电陶瓷体系的研究及进展[J];机械科学与技术;2004年10期
5 彭春娥;甄玉花;张雅茹;李敬锋;;(1-x)(Bi_(1/2)Na_(1/2))_(0.900)Ba_(0.088)Sr_(0.012)TiO_3-x(Bi_(1/2)K_(1/2))TiO_3无铅压电陶瓷的电学和力学性能(英文)[J];硅酸盐学报;2008年05期
6 廖润华;李月明;江向平;王竹梅;张玉平;;溶胶-凝胶法制备Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3体系无铅压电陶瓷的研究(英文)[J];人工晶体学报;2008年03期
7 张跃峰;雷新荣;李娇;张恒;孙涛;;Bi_(0.5)K_(0.5)TiO_3掺杂对0.945K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3-0.045LiSbO_3无铅压电陶瓷结构性能的影响[J];中国陶瓷;2011年08期
8 单召辉;刘心宇;周昌荣;;Bi_(1/2)Na_(1/2)TiO_3-Bi_(1/2)Na_(1/2)(Nb_(2/3)Zn_(1/3))O_3-BaTiO_3无铅陶瓷压电介电性能[J];桂林电子科技大学学报;2008年01期
9 侯育冬,崔斌,高峰,杨祖培,田长生;(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3基无铅压电陶瓷研究进展[J];材料导报;2002年04期
10 苗鸿雁,朱刚强,周耀辉;水热法制备纳米Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3粉体[J];电子元件与材料;2004年11期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 周昌荣;刘心宇;;(Bi_(1/2)Na_(1/2))_(0.94)Ba_(0.06)TiO_3无铅压电陶瓷制备工艺研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(2)[C];2007年
2 周昌荣;刘心宇;;(Na_(1/2)Bi_(1/2))TiO_3无铅压电陶瓷的复合离子与补偿电价取代效应研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(2)[C];2007年
3 曲远方;单丹;宋建静;李明利;郭晓琨;;Y_2O_3掺杂对钛酸铋钠介质材料介电性能的影响[A];华北地区硅酸盐学会第八届学术技术交流会论文集[C];2005年
4 陈旻;徐庆;陈文;徐苏龙;陈新亮;;La_2O_3对柠檬酸盐法制备(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.93)Ba_(0.07)TiO_3陶瓷压电和铁电性能的影响[A];中国稀土学会第一届青年学术会议论文集[C];2005年
5 马晴;李全禄;张晴;梁盛德;李晓娟;;无铅压电陶瓷材料的研究[A];第二届全国压电和声波理论及器件技术研讨会摘要集[C];2006年
6 江向平;陈燕;陈超;葛文伟;赵祥永;罗豪甦;;Mn掺杂Na_(1/2)Bi_(1/2)TiO_3无铅单晶的电学性能研究[A];第15届全国晶体生长与材料学术会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 王卓;钛酸铋钠基铁电薄膜的制备及相关刻蚀工艺的研究[D];山东大学;2003年
2 袁颖;功能陶瓷超微细粉体的制备及应用研究[D];电子科技大学;2005年
3 范桂芬;钛酸铋钠基多元无铅压电陶瓷的结构及性能研究[D];华中科技大学;2007年
4 黎慧;钛酸铋钠基无铅压电陶瓷及其织构技术的研究[D];华中科技大学;2008年
5 周昌荣;无铅压电陶瓷BNT-BKT-BiMeO_3(Me=Fe、Cr、Co)电性能及机理研究[D];中南大学;2008年
6 姚国峰;高温稳定型MLCC用介质陶瓷材料的制备、结构与性能研究[D];清华大学;2012年
7 付东升;稀土改性Ba_((1-x))(Na_(0.5)Bi_(0.5))_xTiO_3的制备及其导电性能研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
8 仪修杰;非铅铁电压电单晶材料的制备与性能研究[D];山东大学;2005年
9 单丹;无铅钙钛矿结构陶瓷电容器介质材料的制备与介电性能的研究[D];天津大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵祥理;钛酸铋钠—钛酸钡基无铅铁电陶瓷[D];浙江大学;2014年
2 张大志;钛酸铋钠—钛酸钡无铅压电薄膜制备及性能研究[D];湘潭大学;2010年
3 程小芳;溶胶凝胶法制备钛酸铋钠基陶瓷与薄膜的多铁性能研究[D];广东工业大学;2012年
4 史慧;溶胶-凝胶法制备(NaBi)_(1/2)TiO_3压电陶瓷及性能分析[D];清华大学;2004年
5 张思;掺杂钛酸铋钠铁电薄膜的制备及光电特性研究[D];华东师范大学;2014年
6 尹圣铭;钛酸铋钠取向薄膜及杂化结构颗粒的制备与表征[D];华中科技大学;2013年
7 蔡中军;钛酸铋钠无铅压电器件制作及其性能优化[D];哈尔滨理工大学;2012年
8 赵洋;BNT基无铅压电薄膜的制备与性能研究[D];黑龙江大学;2014年
9 刘来君;钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的制备技术研究[D];西北工业大学;2006年
10 朱汉飞;钛酸铋钠钾无铅铁电薄膜织构调控及电性能研究[D];哈尔滨理工大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026