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钛酸铋钠基铁电薄膜的制备及相关刻蚀工艺的研究

王卓  
【摘要】:含铅量较大的铁电材料在制备和使用的过程中,都会给环境和人类带来损害。为了保护地球和人类的生存空间,防止环境的污染,实现可持续发展的目标,世界各国的科技工作者正在抓紧研究少铅或无铅的压电、铁电材料。其中,钛酸铋钠——Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3(NBT)基材料是近几年研究的少铅或无铅的热门材料之一。目前对钛酸铋钠基材料的研究主要集中在陶瓷和单晶上,我们尚未见到Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3基薄膜材料的报道。本论文正是针对这种具有实用环保意义的研究方向和钛酸铋钠基薄膜这一具有创新意义的工作,进行了钛酸铋钠基薄膜的制备及其铁电性的研究。 当前研究表明,钛酸铋钠具有良好的铁电性,它的剩余极化强度Pr=38μC/cm~2,室温介电常数ε_r为240-400,钛酸铋钠的居里温度(最大转变温度)为320℃。钛酸铋钠材料的这些特点对铁电薄膜集成器件的制备非常有利。钛酸铋钠基材料还具有突出的压电性,其中,0.94Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.06BaTiO_3材料由于在室温下处于三方—四方准同型相界附近,压电系数d_(33)=125×10~(-12)C/N,机电耦合系数k_(33)=55%。另外,钛酸铋钠基材料还具有良好的热释电性,其热释电系数p=2.5×10~(-4)C·m~(-2)·K~(-1),在7—103℃的温度范围内变化较小。该特点对制作室温热电器件和红外探测器十分有利。而且,钛酸铋钠的热释电性能与钛酸铅、锆钛酸铅的热释电性能基本相当。钛酸铋钠的频率常数Np=3200Hz·m,这种良好的光学性质有利于制作声表面波器件和超声传感器。 上个世纪我们目睹了一个重要研究领域的到来,即铁电材料和器件领域。过去的十几年中,在铁电薄膜的制备、性能、测试、加工和微结构研究方面,铁电薄膜、缓冲层与半导体材料的集成方面,以及铁电薄膜异质结构的研究和制作方面取得了重大进步。钙钛矿结构材料的高介电常数可以应用于动态随机存储器(DRAM);铁电材料的大剩余极化适合制作非挥发铁电动态随机存储器(NVFRAM)。最近十年的研究主要集中在铁电


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