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鈦酸鍶鋇(BST)是一種常見電材料 |
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| 鈦酸鍶鋇(BST)是一種常見的鐵電材料,它具有優(yōu)良的介電性、鐵電性、壓電性和撓曲電性,因此被廣泛的應用于傳感器等領域中。近年來,電子元器件朝著微型化、輕量化發(fā)展,因此對鈦酸鍶鋇薄膜材料的研究具有十分重要的意義。 本文采用溶膠-凝膠法制備鈦酸鍶鋇薄膜,并且用同樣的方法制備了具有并聯(lián)結構的多層復合的鈦酸鍶鋇/二氧化鋯(BST/ZrO_2)薄膜和鈦酸鍶鋇/氧化鎂(BST/MgO)薄膜,解決了單層BST薄膜介電常數(shù)不高,撓曲電信號較弱等問題。研究了不同的制備工藝和摻雜對BST薄膜介電性能和撓曲電性能的影響,以及不同的非功能層和內電極層對雙層BST復合薄膜介電和撓曲電性能的影響。論文首先用溶膠-凝膠法制備了均勻穩(wěn)定的BST溶膠、Zr O_2溶膠、MgO溶膠和La_xSr_(1-x)CO_3(LSCO)溶膠,并用旋涂法在Si/SiO_2/Ti/Pt基底上分別制備了BST薄膜。研究發(fā)現(xiàn),改變溶膠的pH值,Y~(3+)的摻雜量和燒結條件可以改善BST薄膜的微觀結構并提高薄膜的介電和撓曲電性能。 當BST溶膠的pH值為4.1,Y~(3+)的摻雜量為1mol%,燒結溫度為800℃,保溫15min時,薄膜致密度高,表面無裂紋,介電和撓曲電性能最佳,介電常數(shù)為409,介電損耗為0.0104,橫向撓曲電系數(shù)0.83μC/m,等效壓電常數(shù)為10.67×104μC/N。在單層BST薄膜的研究基礎上,制備了具有并聯(lián)結構的多層復合BST/ZrO_2薄膜和BST/MgO薄膜,研究了燒結溫度對復合薄膜表面形貌、介電性能、撓曲電性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),當燒結溫度為750℃時,以Au為頂電極及內電極時的BST/ZrO_2復合薄膜介電常數(shù)為790,介電損耗為0.0510,橫向撓曲電系數(shù)1.50μC/m,等效壓電常數(shù)為19.82×104μC/N;BST/MgO復合薄膜介電常數(shù)為800,介電損耗為0.0412,橫向撓曲電系數(shù)2.00μC/m,等效壓電常數(shù)為25.10×104μC/N。論文對比了Au薄膜和LSCO薄膜作為兩種內電極材料對多層復合BST/ZrO_2薄膜和BST/MgO復合薄膜微觀結構和介電性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),當復合薄膜燒結溫度在750℃以下時,內電極材料的改變對于復合薄膜的微觀結構和介電性能影響不大;當復合薄膜的燒結溫度超過750℃時,以LSCO為內電極層的復合薄膜性能優(yōu)于以Au為內電極層的復合薄膜。在800℃燒結時,以LSCO為內電極層的復合薄膜的介電性能佳,BST/Zr O_2復合薄膜介電常數(shù)804,介電損耗0.0467;BST/MgO復合薄膜介電常數(shù)816,介電損耗0.0373。 |