钛酸铅系薄膜的制备与表征

【摘要】：铁电材料由于具有铁电性、压电性、热释电特性、线性电光效应、非线性光学效应等特性,因而它们在现代电子技术和光电子技术中具有重要的应用。PbTiO_3系薄膜作为一种具有四方钙钛矿型结构的铁电材料,具有居里温度高、轴向比率大、相对介电常数小、压电各向异性大、热释电常数大、稳定性好、性能参数易调整等优点,是一种非常重要的铁电薄膜。但是随着科学技术的发展,对钛酸铅系薄膜的要求也越来越高,如颗粒的纳米化、薄膜要求一定厚度、具有一定取向、表面形貌要平整无孔洞、具有一定的微观结构等。这就要求我们在制各过程中优化合成条件,改善薄膜性质。 目前,制备钛酸铅系薄膜的方法很多,传统上制备薄膜采用的较多的是真空蒸发法、溅射法和气相生长法等,但它们都存在一定的局限性。而溶胶-凝胶法较其它方法有自己独特的优点,因此我们选择溶胶-凝胶法制备钛酸铅系薄膜。 本文的主要研究内容包括: 1.稳定溶胶的制备 采用溶胶-凝胶法制备钛酸铅系薄膜,由于需要一定厚度,溶胶的稳定性显得十分重要。本文考察了溶剂、铅过量、催化剂、螯合剂、表面活性剂等条件对溶胶稳定性、微观结构及薄膜表面形貌的影响。通过FT-IR、TGA-DTA、XRD、AFM、SEM等表征手段,找到了合成稳定溶胶及具有优良表面形貌的最佳条件:乙二醇甲醚为溶剂,铅过量10%,冰醋酸为催化剂,乙酰丙酮为螯合剂,甲酰胺为表面活性剂,其摩尔比为Pb:HAc:HAcAc:CHONH_2=1.1:10:1:0.2。 2.钛酸铅薄膜的制备与表征 采用甩膜技术利用自制甩膜机进行甩膜,通过FT-IR、TGA-DTA、XRD、AFM、SEM等表征手段,考察了甩膜时间、退火温度、退火时间等条件对薄膜微观结构和表面形貌的影响。得出最佳条件为甩膜30s,热处理200℃10min、400