论文部分内容阅读
Bi3.15Nd0.85Ti3O12（BNT）是一种铋层状钙钛矿结构的铁电体，由于其无铅的化学组成、较大的剩余极化强度、良好的抗疲劳性以及高的居里温度，使其作为非挥发性铁电随机存储器应用的候选存储介质而受到了广泛关注。然而由于在铁电薄膜和电极界面处的带电缺陷、界面死层及残余应力的限制，使其电学性能降低，从而严重阻碍了它的商业应用。本文以BNT无铅铁电薄膜为研究对象，针对BNT薄膜存在的主要问题，我们通过在薄膜电极之间添加SrTiO3（STO）缓冲层的方法来改善界面质量，提高薄膜的电学性能。在此基础上系统研究了STO缓冲层对BNT薄膜的微观结构及电学性能的影响，发现STO缓冲层能够改善BNT薄膜的结晶质量，提高薄膜的电学特性，并分析讨论了其性能得到改善的物理机制。具体工作及结果概括如下：（1）在无缓冲层条件下，采用化学溶液沉积（CSD）方法制备了不同工艺条件下的BNT薄膜，通过研究退火温度、退火时间和退火气氛等工艺参数对BNT薄膜的影响，优化和完善了BNT铁电薄膜的制备工艺，得到了制备BNT薄膜参数的最优方案。研究结果表明，使用快速热处理方式，在氧气气氛中750℃下退火10分钟制备的BNT薄膜铁电性能最好。在15V外加电压下进行测试，该退火条件下制备的薄膜具有最大的剩余极化强度，并且具有最小的矫顽电压。（2）采用CSD方法，在相同工艺条件下制备了不同退火温度和退火气氛的STO薄膜，并研究了退火温度和退火气氛对STO薄膜漏电流性能的影响，得到了STO薄膜漏电流性能最佳时的制备工艺参数。我们发现STO薄膜的漏电流性能与退火温度并非单调递增的关系，而是存在最佳退火温度为750℃。而且在氧气气氛中对STO薄膜进行退火，薄膜的漏电流特性较优。（3）系统研究了STO缓冲层对BNT薄膜微观结构和电学性能的优化。在前述研究得到的最佳工艺条件下，采用CSD方法制备了三种不同层状结构的BNT薄膜。研究发现STO缓冲层对BNT薄膜微观结构和电学性能有重要影响。引入STO缓冲层后，BNT薄膜结晶程度、平整度及致密度等微观结构得到很好改善，铁电性能、疲劳特性及漏电流特性等电学性能得到很大程度的提高。在此基础上，通过改变缓冲层的位置，研究不同结构BNT薄膜的形貌及性能。发现引入双层STO缓冲层能够更加有效地提高BNT薄膜的性能。