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单层PZT薄膜和双层PZT薄膜的制备及物性研究

赵晓英  
【摘要】: PbZrxTi1-xO3 (PZT)铁电薄膜因具有一系列优异的铁电、压电、热释电、以及介电性能和显著的电光、声光及非线性光学效应,被广泛用来制作非易失性存储器、微型马达、微型传感器、非致冷红外探测器等。但在实用化方面,由于存在漏电流大、极化易疲劳等缺点,用PZT薄膜做成的器件使用寿命短。通过优化薄膜制备工艺、电极材料或者添加缓冲层可以有效提高PZT薄膜的相关物理性能,特别是有助于改善薄膜的抗疲劳特性。 本文主要采用改进的溶胶-凝胶工艺制作单一物相和多相的PZT薄膜,并对其微结构和性能进行表征。具体工作包括: 1.生长在LaNiO3涂布的硅衬底上的PbZr0.5Ti0.5O3薄膜具有高度的(100)择优取向,膜体致密且呈柱状生长,PbZr0.5Ti0.5O3与LaNiO3之间界面清晰,无明显的扩散现象;P-E特性曲线和介电频谱测量表明PbZr0.5Ti0.5O3薄膜具有良好的介电和铁电性能。LaNiO3衬底的退火温度不同,形成的PbZr0.5Ti0.5O3薄膜的微观结构与电学性能也不同。 2.沉积在LaNiO3涂布的硅晶片上的PbZr0.4Ti0.6O3/PbZr0.5Ti0.5O3双层复合膜具有高度(100)择优取向,表面均匀、平整、致密、无裂纹。该双层膜有良好的铁电性能。通过棱镜-薄膜耦合实验,可以发现Si/LaNiO3/PbZr0.5Ti0.5O3/ PbZr0.4Ti0.6O3结构能承载四个光学横电模,显示出光波导特征,通过进一步分析,分析真正的波导结构为PbZr0.5Ti0.5O3/PbZr0.4Ti0.6O3/空气;通过求解波导模式本征方程,得到了波导中各层膜的折射率和厚度参数。


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