【摘 要】
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钛酸钡基介质材料凭借其优良的电学性能,在储能器件、谐振器和移相器等功能器件中有着广泛的应用,研发高性能的钛酸钡基介质材料对于推动电子领域的发展有着举足轻重的作用。BaSn0.15Ti0.85O3作为钛酸钡基介质材料中的一种,由于Sn元素可以使介电常数峰值大幅增加,有望具有更优的介电和储能性质。但是目前对于BaSn0.15Ti0.85O3薄膜介电性能的研究较为欠缺,针对其储能性能的研究更是甚少,限制
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钛酸钡基介质材料凭借其优良的电学性能,在储能器件、谐振器和移相器等功能器件中有着广泛的应用,研发高性能的钛酸钡基介质材料对于推动电子领域的发展有着举足轻重的作用。BaSn0.15Ti0.85O3作为钛酸钡基介质材料中的一种,由于Sn元素可以使介电常数峰值大幅增加,有望具有更优的介电和储能性质。但是目前对于BaSn0.15Ti0.85O3薄膜介电性能的研究较为欠缺,针对其储能性能的研究更是甚少,限制了其在实际生产中的应用。因此,本文围绕BaSn0.15Ti0.85O3薄膜的介电性能和储能性能开展了系统的研究。主要内容与结果如下:（1）通过磁控溅射技术在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了厚度不同的BaSn0.15Ti0.85O3薄膜,系统地研究了薄膜厚度对BaSn0.15Ti0.85O3薄膜微观结构、介电性能以及漏电流特性的影响。结果表明,增加厚度可以优化薄膜的结晶度、表面形貌、介电常数和可调谐性。基于串联电容模型,解释了BaSn0.15Ti0.85O3薄膜的介电常数和可调谐性与厚度的关系。在400 k V/cm外加电场下,260nm的BaSn0.15Ti0.85O3薄膜的调谐率、介电损耗和漏电流密度分别为64.6%、0.0084和7.46×10-7A/cm~2,品质因数高达76.9@100k Hz。（2）使用磁控溅射技术在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上在不同的溅射压力下沉积了BaSn0.15Ti0.85O3薄膜,系统地研究了溅射气压对BaSn0.15Ti0.85O3薄膜微观结构、介电性能以及漏电流特性的影响。研究表明,适当控制溅射压力可以防止薄膜晶格缺陷的产生,提高薄膜的结晶度。溅射压力为3Pa的BaSn0.15Ti0.85O3薄膜的介电常数高达357,在400 k V/cm的外加电场下,调谐率和介电损耗分别为65.7%和0.0084,品质因数提升至84.1@100k Hz,漏电流密度低至4.39×10-7A/cm~2。这种兼具高可调谐性、低损耗、低漏电流的薄膜具有良好的介电调谐应用前景。（3）通过脉冲激光沉积技术在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了储能性能优异的BaSn0.15Ti0.85O3/Ba0.6Sr0.4TiO3异质结构薄膜。基于串联电容模型,计算分析得出界面层的引入可以显著提高介电常数并降低损耗,界面势垒抑制了自由电荷的迁移使薄膜具有良好的漏电流特性。此外,提出了异质结构电击穿模型,界面层阻挡效应大幅度提高了材料的电击穿强度。因此,薄膜在2.37 MV/cm的电场下实现了43.28 J/cm~3的高储能密度,其储能效率为84.91%,功率密度为6.47 MW/cm~3。结果表明,BaSn0.15Ti0.85O3/Ba0.6Sr0.4TiO3是一种前景广阔的静电储能电材料。
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