LaNiO3衬底上铁电薄膜材料的制备和性能研究

来源 :苏州科技学院 苏州科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fancyyeast1
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铁电薄膜材料由于具有小的驱动电压、低成本和几何图形容易设计等特点,在制备红外探测和成像器件、声呐探测器和铁电存储器等方面,已成为首选材料之一。本论文以镧钛酸铅(PLT)铁电薄膜材料为研究对象,以Pt金属电极、镍酸镧(LaNiO3)氧化物电极为下电极材料,制备了具有择优取向的铁电薄膜。研究了LaNiO3衬底上镧钛酸铅铁电薄膜的制备、结构和电学性能,主要内容如下:  1、以硝酸镧(La(NO3)3)和醋酸镍(Ni(CH3COO)2)为原料,以冰醋酸和水为溶剂,甲酰胺为添加剂,在Si(100)基片上,通过MOD法,制备出LaNiO3(LNO)薄膜。经XRD分析表明,在600℃和650℃退火处理条件下制备的LNO薄膜均为(100)择优取向的钙钛矿结构。SEM表明在600℃退火处理条件下LNO的粒晶尺寸在20~30nm之间;在650℃退火处理条件下LNO的粒晶尺寸在35~60nm之间。经标准四探针法测试表明,制备的LNO薄膜在室温下的电阻率为6.5×10-4Ω·cm。  2、以为醋酸镧(La(CH3COO)3·1.5H2O)、钛酸四丁脂(Ti[O(CH2)3CH3]4)和乙酸铅(Pb(CH3COO)2·3H2O)为原料,以乙酰丙酮为熬合剂,乙二醇甲醚为溶剂,采用溶胶-凝胶法,制备出PLT(90/10)溶胶。以Pt/Ti/SiO2/Si为衬底,采用快速热处理和常规退火相结合的方式,制备出PLT(90/10)铁电薄膜。PLT(90/10)铁电薄膜经600℃退火处理后为纯的钙钛矿结构,晶面以(110)择优取向。制备的PLT(90/10)铁电薄膜的表面比较平整,颗粒大小比较均匀、分布比较致密。在600℃常规退火处理的条件下PLT(90/10)铁电薄膜平均粒径为40nm;在650℃常规退火处理的PLT(90/10)铁电薄膜平均粒径为60nm。薄膜的介电常数相对较小,而且随着频率的而下降,介电损耗也相对较小,在10kHz时介电常数为232,介电损耗为0.021。制备的PLT(90/10)铁电薄膜均具有良好的铁电性。在1kHz测试频率下,测得剩余极化强度Pr在600℃以及650℃退火温度下在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上分别为33.5,40.3μC·cm-2,矫顽场分别为43.5,45.0kV·cm-1。  3、以LNO/Si(100)为衬底,采用快速热处理和常规退火相结合的方式,制备出PLT(90/10)铁电薄膜经XRD结构分析,PLT(90/10)铁电薄膜经600℃退火处理后,微观结构均为纯的钙钛矿结构,且以(100)择优取向。经场发射SEM分析表明,所制备的PLT铁电薄膜的致密性良好,晶粒分布均匀。在650℃常规退火处理条件下晶粒的平均粒径为160nm。在600℃常规退火处理条件下晶粒的平均粒径为100nm左右。经AFM分析表明,以LNO/Si(100)为衬底的薄膜在650℃下常规退火处理条件下均方根面粗糙度Rms=6.925nm。在600℃下常规退火处理条件下均方根面粗糙度Rms=5.701nm。经介电频谱分析表明,以LNO/Si(100)为衬底的PLT薄膜的介电常数在10kHz时为328,且随着频率的增加下降不大,介电损耗在10kHz时为0.038。经电滞回线的测试表明,在1kHz测试频率下,测得剩余极化强度Pr在600℃以及650℃退火温度下在LNO/Si衬底上分别为39.8,43.6μC·cm-2,矫顽场分别为52.5,54.0kV·cm-1。
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