锆钛酸钡钙薄膜界面优化与介电性能研究

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(1-x)BaZr0.2Ti0.8O3-xBa0.7Ca0.3TiO3(BZT-xBCT)无铅压电陶瓷材料在近几年来已经引起了广大学者的极大的关注,2009年报道了在其准同型相界即MPB附近具有较高的压电性能,常温下BZT-0.5BCT压电陶瓷的压电系数d33已经达到620pc/N,这种陶瓷的高压电特性可与现在应用最广泛的铅基压电陶瓷相媲美。由于近几年的环保意识逐渐增强,铅基压电陶瓷的应用受到了较大的限制,而且随着MEMS和集成电路领域的迅速扩展,BZT-0.5BCT压电薄膜材料的需求和研究成为了热点。本文主要采用溶胶凝胶的方法按照一定的比例制备了BZT-0.5BCT薄膜,研究发现,通过在界面处Pb0.8Ca0.1Ti0.975O3(PCT)种子层的引入,最终形成两种薄膜即带有PCT种子层的BZCT薄膜和无种子层的BZCT薄膜,通过XRD检测对比分析,发现相对于BZCT薄膜,BZCT/PCT薄膜晶化的更加完全,并且表现出明显的(100)织构;通过对两种薄膜电性能测试分析,发现种子层优化后薄膜的铁电、介电及压电性能均有大幅度提高。采用相同的方法制备了浓度为0.05M和0.2M的Pb0.8La0.1Ca0.1Ti0.975O3(PLCT)种子层,于此同时制备得到了BZT-0.5BCT、BZT-0.5BCT/0.05MPLCT及BZT-0.5BCT/0.20M PLCT三种薄膜。经XRD图谱分析发现在晶化温度为500℃时,BZT-0.5BCT、BZT-0.5BCT/0.05M PLCT薄膜并没有结晶也没有明显的衍射峰,反观BZT-0.5BCT/0.2M PLCT薄膜已经结晶,表现出纯钙钛矿结构且有明显的(100)取向,实现了薄膜的低温晶化。当晶化温度为700℃时BZT-0.5BCT、BZT-0.5BCT/0.05MPLCT薄膜的衍射峰取向并不明显/具有随机性,而BZT-0.5BCT/0.2M PLCT薄膜表现出强烈的(100)取向,实现了种子层对薄膜的织构的控制。
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