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本文主要研究xBiInO3-(1-x)PbTiO3(xBI-(1-x)PT)薄膜材料的制备与表征,包括:晶体结构与形貌、铁电性、居里温度、压电性等相关内容。全文共分为五章,除第一章绪论和第五章总结与展望之外,主要包括三部分内容:(1)xBI-(1-x)PT薄膜的制备、晶体结构与形貌、铁电性、居里温度等特性的研究;(2)基于悬臂梁方法的xBI-(1-x)PT薄膜横向压电特性的实验研究;(3)xBI-(1-x)PT薄膜横向压电特性的理论研究。1、xBI-(1-x)PT薄膜材料的制备与薄膜结构、铁电、居里温度特性研究近年来,铁电薄膜在存储器、表面声波及光电器件等领域的应用得到了广泛关注和研究。为了保证铁电器件具有优良性能,要求铁电材料具有大的剩余极化强度(Pr)及高的居里温度(Tc)。发展高温铁电薄膜材料是重要的问题,特别是在汽车工业、航空航天以及地质和石油勘探等领域中存在温度相对较高(T>200℃C)、且波动较大的情况,对铁电薄膜器件的温度稳定性提出了更加苛刻的要求。钙钛矿系固溶体Bi(Me)O3-PbTiO3(Me:Sc,In,Y,Yb,etc.)高温铁电陶瓷、薄膜材料成为高居里温度压电材料的研究热点。本文为获得同时具有高铁电性和高居里温度的铁电薄膜,利用射频磁控溅射方法在单晶MgO(100)及缓冲层异质结构基底上沉积La掺杂的xBI-(1-x)PT薄膜,并通过不同BI组分和La掺杂浓度对薄膜性能的影响进行研究,包括对薄膜的生长取向、形貌、铁电性、介电性和居里温度进行研究,获得综合性能良好的高铁电性、高居里温度的铁电薄膜。并对以硅为基底的BI-PT薄膜的结构和铁电性进行了初步研究2、基于悬臂梁方法的xBI-(1-x)PT薄膜横向压电特性的实验研究众所周知,具有铁电性的材料一般具有压电性。近几十年来,压电薄膜因其广泛应用于超声波换能器、声表面波传感器、加速度计、微型制动器和能量收集器等超声波电子器件和MEMS器件,受到越来越高的关注。本文重点研究xBI-(1-x)PT薄膜的有效横向压电系数。有效横向压电系数(e31,f)是压电薄膜材料的一个重要性能指标。在制备优化的xBI-(1-x)PT薄膜基础上,通过多层悬臂梁,实验研究xBI-(1-x)PT薄膜的有效横向压电系数,当压电薄膜悬臂梁在交变电压作用下,产生弯曲振动时,利用激光多普勒测振仪实验测量多层悬臂梁自由端的振动振幅,并根据悬臂梁法评估横向压电系数的基本原理,计算薄膜的有效横向压电系数,进而研究xBI-(1-x)PT薄膜的横向压电性能。得出在3 mol.%La掺杂下,0.15BI-0.85PT薄膜的有效横向压电系数高达-9.35 C/m2。说明通过调控BI组分及La掺杂浓度,可得到优化的压电薄膜性能。3、xBI-(1-x)PT薄膜材料的横向压电特性理论研究基于薄膜压电特性实验研究的结果,对La掺杂的xBI-(1-x)PT压电薄膜横向压电特性进行理论研究。利用Material Studio软件的CASTEP(Cambridge Sequential Total Energy Package)模块中的第一性原理方法,进行xBI-(1-x)PT 薄膜的弹性系数计算,通过COMSOL软件进行有限元计算薄膜材料的横向压电特性,并将理论数据和实验数据进行分析和对比,两者基本相符。为了验证上述方法的有效性,首先通过Material Studio软件计算PbTiO3薄膜材料,得到的计算结果与现有的实验结果基本相符,说明该方法可以有效计算薄膜材料的弹性参数。其次通过COMSOL软件对基于MgO基底的PZT-5A压电薄膜组成悬臂梁进行有限元分析,将计算的有效横向压电系数和已知文献数据进行对比,得到计算可靠性的结论。说明上述方法是可靠的。文章的最后(第五章)是对全文的总结以及今后工作的展望。