铋系层状结构铁电薄膜由于在Pt电极上具有良好的抗疲劳性能,成为目前国际铁电领域的研究热点之一.这类材料的研究主要包括SrBi<,2>Ta<,2>O<,9>(SBT)、Bi<,4-X>La<,x>Ti<,3>O<,12>、SrBi<,4>Ti<,4>O<,15>(SBTi)和CaBi<,4>Ti<,4>O<,15>(CBTi).其中SBTi和CBTi都属于四层铋系钙钛矿结构材料,具有高度的各向异性和高的居里温度,在高温压电器件中也有广阔的应用前景.值得注意的是SBTi和CBTi的抗疲劳性能优于Bi<,4>Ti<,3>O<,12>(BT),而沉积温度低于SBT.但是,关于SBTi和CBTi铁电和压电性能研究的报道还不多见.与所有的铋系钙钛矿材料一样,如何控制取向和降低矫顽场是四层铋系钙钛矿铁电薄膜在各种器件应用中必须解决的两个关键问题.本文针对这两个问题,从制备工艺、结构和性能之间的关系等方面对SBTi和CBTi进行了系统的研究. 本论文中利用溶胶.凝胶法分别在硅衬底上和带有铂金电极的硅衬底上制备了SBTi和CBTi薄膜.系统地研究了Bi含量、退火工艺(预处理温度、退火温度等)、厚度和掺杂等因素对铁电薄膜的结构、表面形貌和铁电性能的影响.通过对SBTi和CBTi铁电薄膜XRD衍射图谱,原子力显微镜和电滞回线结果的分析,本研究中确定出了最佳的制备工艺参数. 1、本论文系统研究了热处理工艺对取向的影响.通过优化工艺条件在硅衬底上成功地制备了(100)择优取向的SBTi铁电薄膜,并对其电学性能进行了测试. 结果表明:(1)过量Bi<,2>O<,3>的加入可以补偿高温烧结过程中Bi的挥发,抑制焦绿石相的生成.同时适量Bi的加入可以提高晶体的晶化程度. (2)随着烧结温度的升高,SBTi材料的晶粒逐渐长大、长完整.由于晶粒沿a(b)-轴方向的生长速度比沿c-轴方向要快得多,因此当采用层层退火的工艺条件时,a(b)-轴取向的晶粒将会逐渐覆盖c-轴取向晶粒的生长,从而得到了(100)择优取向的薄膜.由于a(b)-轴取向的晶粒结晶需要大的激活能,所以在其他条件相同而温度较低的情况下得不到a(b)-轴择优取向的薄膜. (3)对a(b)-轴择优取向的薄膜进行了电学性能的测试.可以发现薄膜有很好的绝缘性和优异的介电性能,其记忆窗口的宽度大约为0.7V.2、同其他铋系钙钛矿铁电薄膜相比,CBTi铁电薄膜的高矫顽电场问题比较突出,因此我们选择沉积在铂金电极上的CBTi铁电薄膜作为我们的研究对象来研究A位高价掺杂对矫顽场的影响. 结果表明: (1)当Bi过量15﹪时,我们仍然得到了一个纯的CBTi的钙钛矿结构.当膜厚为500nm时有利于晶化和口.轴取向晶粒的生长. (2)掺杂后物相分析结果表明薄膜为多晶结构,通过计算其体积分数,可以看出随着La元素掺量的增多,(100)取向晶粒的体积分数逐渐增大.即La的加入有利于提高口.轴取向晶粒的形成. (3)电学测试表明,随着La掺加量的增多,剩余极化逐渐增大.矫顽场在掺加量x=0.18时最小,大约比未掺杂CBTi的矫顽场小27.5﹪.从疲劳测试中我们发现未掺杂的CBTi几乎没有任何疲劳现象;而掺杂后薄膜的疲劳性能在10<'6>和10<'8>之间存在一定程度的降低,但是在10<'8>之后,极化又恢复到原来的状态.因此,La<,0.24>V<,0.12>Ca<,0.64>Bi<,4>Ti<,4>O<,15>(CLBTi0.24)的疲劳特性将不会影响铁电器件的实际应用.掺杂后薄膜的绝缘性有了很大程度的提高. 综上所述,我们的工作为将来各种铋系钙钛矿铁电薄膜的取向控制和矫顽场的降低打下了坚实的基础,对氧化物薄膜材料的基础和应用研究具有重要的意义.