钛酸铋钠-钛酸锶铋薄膜的逐层退火制备工艺与性能研究文献综述

 2021-12-15 21:06:24

文献综述

1. 引言自 1920 年法国人在罗谢尔盐中发现铁电效应[1]起,研究学者们陆续研发出来不同的铁电材料。

继而由于元器件的微型化、集成化、低功耗的需求,且相比块状材料,薄膜和厚薄膜由于体积小、缺陷和杂质较少,具有更高的耐击穿场强(Breakdown strength,BDS)和能量密度,能满足微电子器件的要求,因而促使铁电材料的研究从块体材料向薄膜发展[2]。

为了提高多铁性复合薄膜的磁电耦合性能,多铁性复合薄膜的铁电相需具有较大的压电系数,目前主要选用锆钛酸铅(PbZrTiO3)等铅基铁电材料[4],但是这类材料易产生疲劳现象且含有重金属铅,在材料制备和使用过程中,极易造成环境污染。

因此,用环境友好、无铅且具有高铁电性的铁电材料替代含铅铁电材料,制备出无铅铁电薄膜材料已成为一个研究热点。

目前的无铅压电体系中,主要以钛酸钡(BT) 、钛酸铋钠(BNT) 、铁酸铋(BFO) 以及铌酸钾钠(KNN) 基为代表,相比之下,BNT 基压电材料兼有比较高的压电系数、机电耦合系数和高的退极化温度,吸引了广泛的研究兴趣[6]。

2. 钛酸铋钠基薄膜(BNT)及其掺杂改性钛酸铋钠( Bi0.5Na0.5TiO3,BNT) 基陶瓷是一类重要的钙钛矿( ABO3 ) 型无铅压电陶瓷。

Smolenskii 等人首次于 1960 年成功合成,BNT 是 Bi3 离子和 Na 离子在 A 位按 1:1复合取代而形成钙钛矿结构,BNT 因其优异的压电性能、较大的剩余极化强度、较高的居里温度及声学性能好而被认为是无铅材料的候选材料。

但是纯 BNT 陶瓷具有较高的矫顽场强和高漏电流,难以极化以得到实际应用[7]。

近些年来,为优化 BNT 薄膜的各方面性能,国内外对 Na0.5Bi0.5TiO3 薄膜的掺杂改性进行了深入研究,取得了较大的进展。

2003 年,王卓等人用旋涂法在 Pt/Ti/SiO2/Si 衬底上制备了 0.87Na0.5Bi0.5TiO3-0.13PbTiO3 薄膜和 0.8NBT-0.2KBT 薄膜,剩余极化 Pr为 5 μC/cm2,矫顽电场 Ec 约 56 kV/cm,并获国家专利。

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