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铁电薄膜制备方法的研究

罗建强  
【摘要】:锆钛酸铅镧((Pb1-xLax)(ZryTi1-y)1-x/4O3,简称PLZT)薄膜因其优良的电光、热释电和铁电等性能,广泛应用于光电子学、微电子学和集成光学等领域,是作为光开关,红外探测器和光波导等控制部件的理想材料。 本文采用MOD法,在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)基片上成功制备出PLZT(8/65/35)薄膜。在制备过程中采用差热分析方法,确定了薄膜各生长阶段的温度范围为(600℃-750℃)。通过AFM. SEM和XRD的分析以及性能测试,结果表明:(1)对PLZT薄膜分别在600℃、650℃,700℃和750℃热处理1h,发现在700℃下热处理的PLZT薄膜结晶峰(110)取向最好;对PLZT薄膜在700℃下分别保温30min,90min和180min,发现保温30min时,PLZT薄膜表面Pb重量百分比最多(46.44%)。因此确定PLZT薄膜的热处理参数为700℃,保温30min。(2)有种晶层PT的PLZT薄膜在热处理温度650℃时,就可得到最好的(110)结晶峰,比无种晶层的PLZT薄膜的热处理温度降低了100℃;(3)分别在120nm、198nm、290nm和760nm厚的Pt底电极上制备PLZT薄膜,发现当Ti层厚度一定时,底电极Pt薄膜各厚度与PLZT薄膜晶向生长影响不大。 对PLZT薄膜电学性能进行测试,首先对PLZT薄膜的电流-电压特性(I-V)进行了测量,研究表明PLZT薄膜在低电场区的实验数据(m=d(logI)/d(logV)=0.89)和欧姆导电机制符合得较好;在较高电场下,实验数据(m=d(logI)/d(logV)=7.8)和空间电荷限制电流导电机制符合得较好。其次,制备了240nm、460nm和956nm的PLZT薄膜,通过测试电滞回线和C-V,发现956nm厚的薄膜电滞回线剩余极化值Pr最大(25.7uC/cm2)和矫顽场强E。最小(68kV/cm),且同时具有最大的介电调谐率(24.79%)。最后,介电性能测试表明:介电常数随薄膜厚度的增加呈上升趋势,而460nm厚的PLZT薄膜介电损耗最小。 对PLZT薄膜进行了热释电系数的测试,其热释电系数约为720pC/(m2K)。当测试频率1kHz时,介电常数和介电损耗分别为980和2.67%。计算出PLZT薄膜在频率1kHz下的电压优值因子Fv和探测度优值因子Fd分别为0.032m2/C和18.4μPa-1/2。


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