【摘 要】
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当前铁电材料在能量存储方面受到广泛关注,铁电薄膜相对块体材料较高的击穿场强,能获得比块体铁电材料更为优异的储能效应,其中锆钛酸铅(PbZrxTi1-xO3)薄膜储能更为优异。常用的提高铁电薄膜储能效应的方法主要有化学掺杂、异质结结构设计等方式,但是这些方式受固溶度、扩散系数等不可控制因素的影响,难以获得储能性优异的铁电材料。通过调控辐照粒子能量和注量,可以实现材料的宏观性能的调控。本文选择不同能量
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当前铁电材料在能量存储方面受到广泛关注,铁电薄膜相对块体材料较高的击穿场强,能获得比块体铁电材料更为优异的储能效应,其中锆钛酸铅(PbZrxTi1-xO3)薄膜储能更为优异。常用的提高铁电薄膜储能效应的方法主要有化学掺杂、异质结结构设计等方式,但是这些方式受固溶度、扩散系数等不可控制因素的影响,难以获得储能性优异的铁电材料。通过调控辐照粒子能量和注量,可以实现材料的宏观性能的调控。本文选择不同能量与注量的电子、质子辐照参量来改善(PbZrxTi1-xO3)薄膜储能性,从而实现储能性提高,为铁电薄膜储能性能设计提供新思路。利用溶胶-凝胶法（Sol-gel）制备了厚度为360 nm的锆钛酸铅薄膜,研究不同锆钛配比及退火温度对锆钛酸铅储能性能的影响规律。研究表明,在相同的锆钛配比下,退火温度为650℃时储能性能最为优异,且介电损耗较小;在650℃的退火温度下、不同锆钛比的储能性能比较,Zr:Ti=50:50时的储能性最优,且介电常数最大。因此退火温度为650℃、Zr:Ti=50:50(PbZr0.5Ti0.5O3)的锆钛酸铅薄膜材料的储能密度和储能效率最高,且介电常数最高,介电损耗较小。基于上述结果选择退火温度为650℃制备的PbZr0.5Ti0.5O3薄膜为研究对象,研究不同能量与注量电子辐照对PbZr0.5Ti0.5O3薄膜储能性能与介电性能的影响规律。结果表明,电子辐照能量为50 keV时,储能密度、储能效率和介电常数随着电子注量的增加先增大后减小,低频处介电损耗随注量的升高不断降低;电子辐照能量为130 keV,储能密度和储能效率随着注量的增加先增大后减小再升高,介电常数随注量的增加升高的幅度先增大后减小,介电损耗也有所减小。相应地,在50 keV质子辐照下,PbZr0.5Ti0.5O3薄膜的储能密度和储能效率随着注量的增加先升高后降低,介电常数与介电损耗都随注量的增加不断降低。相同注量1E14 cm-2下,质子辐照后随着能量的增加储能密度不断增大,而储能效率先增大后减小;介电常数与介电损耗都随能量的增加不断降低。辐照后锆钛酸铅薄膜产生氧空位,与铅、钛元素相关的空位、间隙原子等缺陷的生成与其储能性能的下降关系密切。
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