脉冲激光沉积法制备钛酸锶钡复合物薄膜及其介电性能的研究

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钛酸锶钡(BaxSr1-xTiO3, BST)是铁电材料体系中有着优良介电性能的一种材料，其介电常数高、介电损耗小、热释电系数高、介电可调谐性好、居里温度可随Ba/Sr比值的变化而改变等特点，而被广泛应用于可调谐微波器件、红外热成像探测器、动态随机存储器、雷达移相器等领域。随着微电子技术的发展以及薄膜制备工艺的不断提高，体积小且高度集成的微型器件开始受到人们的广泛关注，BST薄膜器件因其优异的电学和光学性能而有着广阔的应用前景，但现阶段其介电损耗高和漏电流密度大等缺点限制了其发展。
　　为了得到介电性能优异的钛酸锶钡复合薄膜，本文主要研究了以下内容并将研究成果进行简单介绍：
　　1.采用固相合成法制备了致密的Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)、Bi1.5Mg1.0Nb1.5O7(BMN)陶瓷靶材，并进行了XRD表征证明了其为纯相的多晶结构；在制备BMN靶材的过程中，为了防止样品受热不均匀和Bi元素的挥发，本文采用埋粉烧结和过量配比综合的方法成功制备了致密且纯相的BMN靶材。
　　2.本文采用了脉冲激光沉积(PLD)技术在Pt衬底上制备成膜质量高的纯BST薄膜、BST/BMN/BST三层复合膜及BMN/BST不同比例厚度的双层复合膜，通过改变不同沉积条件，如衬底温度、沉积氧分压等，探究了制备工艺条件对薄膜的生长质量和电学性能的影响。
　　3.对不同制备条件下生长的薄膜对比分析发现，不同的温度与氧压对薄膜的结晶程度和表面形貌有明显的影响。在不同衬底温度下制备BST薄膜，通过电学性能测试发现在温度为700°C时BST薄膜的介电性能最好；改变沉积氧压制备BMN/BST双层薄膜，在氧压为15 Pa的条件下BMN/BST双层复合膜的介电性能最好。
　　4.对BST薄膜和BST/BMN/BST三层复合膜进行XRD、AFM表征和电学性能测试，发现将BMN层插入BST体相内制成三明治结构可以有效降低介电损耗，虽然调谐从69.8％降到了26.7%，但品质系数(FOM)却从34.9增加到44.5；同时，三层复合膜的漏电流密度也明显降低。
　　5.将BMN作为缓冲层并制备了不同比例厚度的BMN/BST双层复合膜，对其进行 XRD、AFM表征和电学性能测试，发现BMN层能够有效降低BST体系的损耗并且随着BMN占比的增加，BMN/BST双层膜的调谐率与介电损耗都在逐步减小，通过比较FOM值发现当BMN厚度占比为0.5时，其FOM值最大(FOM=41.7)；并且随着BMN占比的增加其漏电流密度也在逐渐降低。

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作者
马宝刚;
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作者单位

河南大学;

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授予单位河南大学;
学科微电子学与固体电子学
授予学位硕士
导师姓名张伟风;
年度 2016
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类薄膜物理学;
关键词
钛酸锶钡复合薄膜; 脉冲激光沉积法; 制备工艺; 介电性能;

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