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锆钛酸铅镧[Pb<,1-z>La<,z>(Zr<,x>,Ti<,1-x>)<,1-z/4>O<,3>,简称PLZT]薄膜具有优良的介电、铁电、压电、电光等效应,广泛应用于微电容、动态随机存储器(DRAM)、非挥发铁电随机存储器(FRAM)、光电开光等领域。本文通过水浴回流制备出稳定的PLZT溶胶,然后用旋涂法在Si(100)基底上制备出成膜良好的PLZT薄膜,并通过热重-差热(TG-DTA)、x射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)对其微观结构进行表征,最后在PLZT薄膜上蒸镀Ag电极,并通过精密阻抗分析仪(PIA)对其介电性能进行测试研究。
在配制稳定的PLZT溶胶时,运用正交实验法对溶剂、pH值、乙醇胺/PLZT(摩尔比)、回流时间等四个因素对稳定溶胶的影响程度进行了研究,研究结果表明,主要影响因素为回流时间和乙醇胺/PLZT,其次为pH值和溶剂,稳定溶胶配制的最佳条件为:溶剂为甲醇,pH值为3.5,乙醇胺/PLZT=0.4/1,回流时间为10小时。
以转速为3000 r/min,时间为40 s,把浓度为0.25 M的溶胶旋涂在Si(100)基底上,然后把制备的湿膜于100℃在真空干燥箱干燥15 min,最后在700℃下保温30 min制得了平均粒径约为50-70 nm的Pb<,0.93>La<,0.07>(Zr<,x>,Ti<,1-x>)<,0.93>O<,3>薄膜。随锆含量的增加,PLZT薄膜的粒径减小,主要衍射面的d值变大,且PLZT薄膜由三方相在向四方相逐渐转变。
随着锆含量的增加,一方面PLZT薄膜的相对介电常数先升高后降低,在测试频率为1 KHz时,当Zr/Ti=0.45/0.55时相对介电常数达到最大值ε<,r>=837;另一方面PLZT薄膜的介电损耗上下波动,当相对介电常数达到最大值ε<,r>=837时,有次低的介电损耗D=1.067。
Bi<3+>掺杂不但可以提高PLZT薄膜的相对介电常数,降低PLZT薄膜的介电损耗,而且可以提高PLZT薄膜的稳定性能。在测试频率为1 KHz,对于组分为7/45/55的PLZT薄膜,当Bi<3+>/La<3+>=0.85/0.15时介电常数最高ε<,r>=935,介电损耗最低D=0.383。