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锶铋钛铁电陶瓷及薄膜的研究

黄平  
【摘要】:由于其优良的抗疲劳特性,铋层类钙钛矿结构铁电材料在铁电随机存取存储器中具有广泛的潜在应用,这类材料的主要研究对象有SrBi_2Ta_2O_9(SBT)、Bi_(4-x)La_xTi_3O_(12)和SrBi_4Ti_4O_(15)(SBTi),其中SrBi_4Ti_4O_(15)薄膜的抗疲劳性能优于Bi_4Ti_3O_(12),沉积温度低于SBT,是一种很有前途的典型的铋层类钙钛矿结构材料,但是SrBi_4Ti_4O_(15)材料的剩余极化强度较低,并且在通过液相法制备薄膜过程中,很容易产生焦绿石结构(Sr,Bi)_2Ti_2O_7相和微裂纹。本文从SBTi铁电陶瓷制备工艺和性能之间的关系,从热处理工艺和SBTi薄膜晶体结构、表面形貌之间的关系,对SBTi铁电材料进行了系统的研究。 研究了Bi含量对SBTi陶瓷烧结特性的影响。结果表明:过量Bi_2O_3的加入可在降低烧结温度的同时提高材料的密度,可抑制焦绿石相的生成及插入型层错的产生。在相同烧结温度下,随着Bi_2O_3量的增加,材料的c-轴取向度逐渐增大。 研究了Ba掺杂、La掺杂对SBTi陶瓷性能的影响。结果表明:随着Ba含量的增加,材料居里温度、剩余极化强度和矫顽场逐渐降低。随着La含量的增加,材料居里温度逐渐降低,矫顽场逐渐减少,而剩余极化强度先增加后减小。 研究了金属颗粒Ag加入对SBTi陶瓷介电性能的影响,结果表明金属Ag颗粒的加入,可降低SBTi陶瓷的烧结温度,可提高铁电陶瓷从室温到200°C的介电常数,同时压抑了介电温度曲线上的介电常数的Curie峰。 以氯化锶,硝酸铋和钛酸丁酯为原料,无水乙醇为钛酸丁酯的溶剂,盐酸为硝酸铋的溶剂,去离子水为氯化锶的溶剂,柠檬酸为络合剂,乙二醇为交联剂,制备了稳定的SBTi前驱液。研究了传统晶化常规合成工艺、传统晶化快速合成工艺、层层晶化快速合成工艺和层层晶化不热解直接快速合成工艺对锶铋钛薄膜晶相组成和表面形貌的影响,并通过热处理工艺的控制制备了完全由铋层类钙钛矿相组成的、无裂纹的SBTi薄膜。 采用层层晶化快速合成工艺,制备了Si基SrBi4-xLaxTi4O15薄膜。研究表明:随着La含量的增加,SrBi4-xLaxTi4O15薄膜的c轴取向度逐渐降低。随着合成温度的升高,薄膜的c轴取向度逐渐增加。通过层层晶化快速合成工艺,制备了a轴取向增强的SrBi_4Ti_4O_(15)铁电薄膜,研究了拉膜次数和合成时间对(200)峰相对强度的影响,研究表明随着涂覆次数的增加,SBTi薄膜a轴取向增强。


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