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《长沙理工大学》 2013年
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钛酸钡/钛酸锶多层铁电薄膜微观结构的研究

何俊明  
【摘要】:钛酸钡/钛酸锶铁电陶瓷薄膜材料具有优异的电学性能,如压电效应、铁电效应、热释电效应等,因此在电容器等领域都有广泛应用。随着现代科学技术和纳米技术的发展,当今对于器件的需求日渐小型化,因此制备出小尺寸、高性能的铁电薄膜材料可促进其在光电领域的发展。本文结合脉冲激光沉积方法,在(001)单晶氧化镁(MgO)基体上制备出钛酸钡(BaTiO_3)/钛酸锶(SrTiO_3)多层薄膜。主要内容有: 首先,概述了铁电材料的发展历史及其铁电性产生的物理机制。介绍了包括钙钛矿型铁电材料的晶体结构、各种优良的物理性质以及目前的研究情况和巨大的应用价值,接着指出了同种材料所组成的块材与薄膜的不同性质。对铁电陶瓷薄膜的异质结、钛酸钡的掺杂改性、多层薄膜的性质及应用做了介绍,展望了铁电薄膜材料进一步的应用价值。 其次,利用脉冲激光沉积技术制备了BTO/STO/MgO多层外延薄膜,并介绍了钛酸钡/钛酸锶多层铁电陶瓷薄膜的制备工艺,详细介绍了实验过程中陶瓷薄膜平面透射样品和截面透射样品的制备、工艺流程以及制备过程中的注意事项,并介绍了块材和薄膜所使用的表征手段及测试方法,研究结果如下所示。 (1)用选区电子衍射花样证明了BTO/STO/MgO薄膜的外延性。用暗场像观察到BTO/STO/MgO外延薄膜基体/薄膜界面附近存在周期性的失配位错,伯格斯矢量为a/2110,并推断出薄膜界面附近(001)面存在局部畴域。薄膜内存在位移矢量为1/2110的富Ti型和富Ba型这两种层错,探讨了多层薄膜的生长机制是因为薄膜弛豫产生的应变分布不均,使得沉积原子倾向于在低应力处成核,最终多层膜显示柱状结构。 (2)通过对多层薄膜的化学腐蚀,观察到了BTO/STO薄膜中90°畴结构,并讨论了腐蚀对薄膜的影响,发现远离基底的薄膜与离基底近的薄膜腐蚀后结构出现明显差异。 (3)利用高分辨透射电子显微镜以及高角环形暗场像对薄膜的微观缺陷进行了模拟分析,钛酸钡和钛酸锶界面层的失配位错位错核处是Sr原子柱与钛酸钡中的Ti-O原子柱结合,钛酸钡中层错为1/2[110]型。
【学位授予单位】:长沙理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TB383.2

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