【摘 要】
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第三代弛豫铁电体Mn掺杂Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(Mn-PIMNT)具有优异介电、铁电、压电和热释电性能、以及高的相变温度,可运用于微波可调节器、铁电存储器、超声换能器和红外探测器等功能器件。随着器件集成化、微型化的快速发展,如果能将高性能弛豫铁电体薄膜化,将大幅度拓宽器件的工作温度范围。本论文以三方相Mn-PIMNT弛豫铁电陶瓷和薄膜的制备
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第三代弛豫铁电体Mn掺杂Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3（Mn-PIMNT）具有优异介电、铁电、压电和热释电性能、以及高的相变温度,可运用于微波可调节器、铁电存储器、超声换能器和红外探测器等功能器件。随着器件集成化、微型化的快速发展,如果能将高性能弛豫铁电体薄膜化,将大幅度拓宽器件的工作温度范围。本论文以三方相Mn-PIMNT弛豫铁电陶瓷和薄膜的制备以及结构和电学性能展开研究,主要研究内容与结果如下:采用二次固相反应法制备出了0.5 mol.%Mn掺杂0.36Pb(In1/2Nb1/2)O3-0.36Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.28PbTiO3[Mn-PIMNT（36/36/28）]陶瓷,确定了最佳的烧结温度为1245℃。研究了陶瓷的相结构、畴结构、介电、铁电、压电和热释电性能随温度的变化。结果表明,Mn-PIMNT（36/36/28）陶瓷具有纯的钙钛矿结构,且晶粒分布均匀;陶瓷在室温附近呈现三方相结构,当温度升至146℃转变为四方相、188℃转变为顺电相。同时,其具有高的热释电和压电性能,热释电系数p=4.8×10-4C m-2K-1、电流响应优值Fi=1.92×10-10m V-1、电压响应优值Fv=0.028 m2C-1、探测率优值Fd=2.317×10-5Pa-1/2、压电系数d33=235 p C/N、功率品质因数FOM=60160 p C/N、剩余极化Pr=34.57μC cm-2、矫顽场EC=12.97 k V cm-1,远高于相应二元PMNT陶瓷的性能。高的压电和热释电性能以及良好的温度稳定性使得Mn-PIMNT（36/36/28）陶瓷在压电和热释电器件中具有很好的应用前景,这项研究也为后续薄膜的制备奠定了基础。利用PLD技术,在[111]取向SrTiO3单晶衬底上制备了SrRuO3缓冲层,然后在缓冲层上制备Mn-PIMNT（36/36/28）弛豫铁电薄膜。系统地研究了氧压和衬底温度对薄膜结构、表面形貌、畴结构、介电、铁电、压电和热释电性能以及漏电流的影响规律。Mn-PIMNT（36/36/28）薄膜沿[111]方向取向择优生长,结构致密,表面光滑。由变温拉曼光谱可知,室温下薄膜具有三方相结构,当温度升至150℃转变为四方相、250℃转变为顺电相,该结果与介温谱的结果一致。在该薄膜中获得了高的铁电、热释电及压电性能,其剩余极化Pr=51.3μC cm-2、矫顽场EC=3.14 k V mm-1、热释电系数p=8.5×10-4C m-2K-1、电流响应优值Fi=3.40×10-10m V-1、电压响应优值Fv=0.014 m2C-1、探测率优值Fd=1.03×10-5Pa-1/2、压电系数d33*=47 pm/V,且介电可调率达到89.0%。高的铁电、热释电及压电性能以及良好的温度稳定性,表明该薄膜在铁电、热释电及压电器件方面具有光明的应用前景。
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