【摘 要】
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铌酸钾钠（KNN）无铅压电材料由于具有优良的压电性能、较高的居里温度以及生物相容性,被认为是最有望替代铅基压电材料的候选材料之一,可用于军事、电子信息和生物技术等领域。随着微机电系统的发展,电子元器件逐渐小型化、集成化,制备高质量的KNN无铅压电薄膜成为了压电材料领域的一大研究热点。本论文主要采用溶胶凝胶法制备KNN基薄膜,通过调节制膜工艺参数,化学元素掺杂以及对薄膜进行取向控制制备外延薄膜,提高
【基金项目】
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深圳市科创委（KQTD20170810160424889）；
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铌酸钾钠（KNN）无铅压电材料由于具有优良的压电性能、较高的居里温度以及生物相容性,被认为是最有望替代铅基压电材料的候选材料之一,可用于军事、电子信息和生物技术等领域。随着微机电系统的发展,电子元器件逐渐小型化、集成化,制备高质量的KNN无铅压电薄膜成为了压电材料领域的一大研究热点。本论文主要采用溶胶凝胶法制备KNN基薄膜,通过调节制膜工艺参数,化学元素掺杂以及对薄膜进行取向控制制备外延薄膜,提高薄膜的电学性能。主要的研究内容和结论如下:（1）通过调节制膜工艺参数,制备KNN纳米薄膜,探究化学助剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、热解前升温工序、热解温度以及退火方式对薄膜电学性能的影响。研究表明,在溶胶中添加PVP后制备的薄膜,晶粒之间相互粘结,晶界模糊,能够呈现出典型的电滞回线,漏电流密度下降了近三个数量级。此外,采用快速升温工序、热解温度500℃以及一次退火的方式得到的薄膜漏电流明显降低,电学性能得到提高。（2）采用得到的最佳制膜工艺参数,在Pt/Ti/Si O2/Si衬底上制备不同Sb掺量的K0.5Na0.5Nb（1-x）SbxO3（x=0,0.04,0.08,0.12）薄膜,探究Sb元素对薄膜电学性能的影响。研究表明,随着Sb掺量的增加,薄膜的压电响应、介电常数以及电容存在一个先增大后减小的趋势,当掺杂含量x=0.04时,具有相对而言的最大值。但薄膜的漏电流随着Sb掺量的增加呈现增大的趋势。（3）基于4mol%Sb元素的掺杂量,掺杂第二组元Ca Ti O3,在Pt/Ti/Si O2/Si衬底上制备0.95K0.5Na0.5Nb0.96Sb0.04O3-0.05Ca Ti O3薄膜,探究Sb和Ca Ti O3共掺杂对薄膜微观形貌及电学性能的影响。研究表明,KNNS-CTO薄膜表面缺陷减少,晶粒之间粘结更加紧密,致密度提高。薄膜的压电和铁电性能明显增强,并且在高电场作用下,漏电流密度比纯的KNN薄膜下降了三个数量级。（4）采用溶胶凝胶法,在Nb:SrTiO3基底上制备了不同Sb掺量K0.5Na0.5Nb（1-x）SbxO3（x=0,0.04,0.08,0.12）外延薄膜,探究元素掺杂对不同衬底上KNN薄膜压电性能的影响。研究表明,纯的KNN外延薄膜表现出明显的压电性和铁电性,并且在薄膜内部存在一个向下的自极化现象。而对于不同Sb掺量的KNN外延薄膜,当x=0.08时,表现出相对而言最大的压电响应。
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