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PZT铁电薄膜的掺杂改性研究

柳擎  
【摘要】:近年来,锆钛酸铅(Pb(Zr_xTi_(1-x))O_3,PZT)铁电薄膜材料及器件已经成为了国内外科学工作者研究的热点。PZT 薄膜材料应用前景十分诱人,被广泛用来制备铁电、压电、热释电等器件。因此研究PZT 铁电薄膜的制备、结构和性能具有重要的意义。 本文在系统总结和全面分析PZT 铁电薄膜研究现状的基础上,深入研究了PZT铁电薄膜材料的Sol-Gel 制备技术,制备出无裂纹,致密性好,晶粒尺寸小且分布均匀的PZT 铁电薄膜。研究了Sol-Gel 法制备PZT 铁电薄膜时不同退火温度对薄膜结晶性能的影响。并测试了各种PZT 薄膜的铁电性能、介电性能和伏安性能。实验结果表明经600℃热处理的PZT 薄膜具有比较好的铁电性能,其剩余极化强度为36.5μC/cm~2,矫顽场为45.2KV/cm。 在此基础上本文又进行了PZT 铁电薄膜的掺杂性能的研究。我们制备了不同摩尔比例的钴掺杂的PZT 薄膜,并对其进行了X 射线衍射、铁电性能、介电性能以及伏安性能各种测试。实验结果表明Co 掺杂能够抑制PZT 薄膜结晶过程中焦绿石相的产生,掺杂后的PZT 薄膜(PbCo_y(Zr_xTi_(1-x))O)3,PCZT 薄膜)具有更大的剩余极化强度、更大的矫顽场、更大的介电常数(1KHz 测试频率下)和更大的漏电流。并总结出一个比较适中的Co 掺杂比例:10mol%。 另外本文还研究了Nb 掺杂的PCZT 薄膜(PbCoyNbz(ZrxTi1-x)O3,PCNZT 薄膜)的各种性能。我们在10mol%Co 掺杂的PCZT 薄膜中掺入了不同比例的Nb。实验结果表明Nb 掺杂能够很好的弥补PCZT 薄膜漏电流太大的缺点,在1mol%到10mol%掺杂范围内,Nb 掺杂比例越大,PCNZT 薄膜的漏电流越小。但同时Nb 掺杂减小了PCZT 薄膜的剩余极化强度和介电常数。


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