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层状钙钛矿型Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)铁电薄膜的取向控制生长研究

孙旭辉  
【摘要】: 稀土掺杂的层状钙钛矿型Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜自发极化大,抗疲劳。其自发极化矢量靠近a轴,此类铁电薄膜沿a轴或近a轴择优取向生长,特别是直接在金属电极上取向生长有重要的实用意义。 我们以Bi(NO_3)_3·5H_2O、Nd_2O_3、Ti(OC_4H_9)_4为原料,用溶胶-凝胶(sol-gel)工艺在标准型(111)Pt/Ti/SiO_2/Si(100)衬底上分别制备出了高a/b轴择优取向和低a/b轴择优取向的Bi3.15Nd0.85Ti3012(BNdT)铁电薄膜。高a/b轴择优取向BNdT薄膜的剩余极化(2Pr)值比低a/b轴择优取向薄膜的大,分别为58μC/cm~2和40μC/cm~2,两者矫顽场相差不多。两种取向的薄膜均具有良好的抗疲劳特性和保持力。电镜观察表明,高a/b轴择优取向BNdT薄膜呈柱状晶生长,晶粒面内尺寸150-300 nm。在结晶过程中,快速升温有助于晶粒沿a/b轴择优成核。 在(001)YSZ单晶衬底上,用溶胶-凝胶法制备了沿a/b轴择优取向生长的Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)薄膜。用X射线极图估算了薄膜中a/b轴取向晶粒的体积分数,结果约为48%。透射电镜观察证实薄膜为a/b轴择优取向,晶粒呈柱状,晶粒横向尺寸为100-200 nm。


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