【摘 要】
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能源领域相关的问题一直广受关心,如能源的开发、利用以及能源的存储。常用的储能器件有超级电容器、电介质电容器和燃料电池等。电介质薄膜电容器具有循环寿命长、功率密度高、体积小的优点,更容易实现设备的小型化。本文采用脉冲激光沉积法（PLD）分别制备了立方相结构Bi1.5Mg Nb1.5O7和单斜相结构Bi2Mg2/3Nb4/3O7两种不同结构薄膜。铌酸铋镁薄膜（BMN）的优势在于低损耗,较高的可调谐率。
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能源领域相关的问题一直广受关心,如能源的开发、利用以及能源的存储。常用的储能器件有超级电容器、电介质电容器和燃料电池等。电介质薄膜电容器具有循环寿命长、功率密度高、体积小的优点,更容易实现设备的小型化。本文采用脉冲激光沉积法（PLD）分别制备了立方相结构Bi1.5Mg Nb1.5O7和单斜相结构Bi2Mg2/3Nb4/3O7两种不同结构薄膜。铌酸铋镁薄膜（BMN）的优势在于低损耗,较高的可调谐率。本文旨在通过研究制备过程中的工艺参数,借助X射线衍射、原子力显微镜、X射线光电子能谱以及阻抗分析仪等手段衡量不同工艺参数对铌酸铋镁薄膜性能的影响,最终获得一定范围内最优的工艺参数,从而达到优化铌酸铋镁薄膜性能的目的。本文的主要研究内容和结果如下:（1）通过PLD在ITO衬底上制备了Bi1.5Mg Nb1.5O7薄膜。首先是研究衬底温度对薄膜性能的结构和电性能的影响。分析结果表明,随着衬底温度的升高,薄膜的介电常数、可调谐率以及储能密度都表现出先增后减的趋势。100℃下制备的Bi1.5Mg Nb1.5O7薄膜具有最优的综合性能。然后以衬底温度的研究为基础,研究了在100℃下沉积、200℃～600℃退火对薄膜性能的影响。经过较高温度下退火后薄膜的FOM值是低温退火FOM值的三倍左右。600℃下退火得到的铌酸铋镁薄膜的储能密度是其他薄膜的三倍左右,因此性能得到了明显的改善。综合衬底温度的参数以及退火参数得出,在100℃下沉积、600℃下退火得到的铌酸铋镁薄膜具有范围内最优的性能,此时,薄膜的介电常数为204,损耗为0.009,可调谐率13.1%,储能密度为0.144 J/cm~3。（2）通过PLD在ITO衬底上制备了Bi2Mg2/3Nb4/3O7薄膜。首先研究了衬底温度对Bi2Mg2/3Nb4/3O7薄膜性能的影响。研究表明,Bi2Mg2/3Nb4/3O7薄膜的储能密度、FOM值和介电常数随温度的升高得到了改善,150℃下制备的铌酸铋镁薄膜具有较优的综合性能,在衬底温度研究的基础上研究了氧压对薄膜性能的影响。通过XRD、AFM和XPS分析得出氧压对Bi2Mg2/3Nb4/3O7薄膜形貌和内部结构都产生了影响。随着氧压的增加,薄膜的可调谐率和储能密度先减后增,在10 Pa时薄膜具有最优的介电性能和储能性能。10 Pa氧压下薄膜的介电常数为138,损耗为0.0043,可调谐率为16%,储能密度为0.0749 J/cm~3。
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