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钛酸锶钡(BST)是一种常见电材料 |
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| 钛酸锶钡(BST)是一种常见的铁电材料,它具有优良的介电性、铁电性、压电性和挠曲电性,因此被广泛的应用于传感器等领域中。近年来,电子元器件朝着微型化、轻量化发展,因此对钛酸锶钡薄膜材料的研究具有十分重要的意义。 本文采用溶胶-凝胶法制备钛酸锶钡薄膜,并且用同样的方法制备了具有并联结构的多层复合的钛酸锶钡/二氧化锆(BST/ZrO_2)薄膜和钛酸锶钡/氧化镁(BST/MgO)薄膜,解决了单层BST薄膜介电常数不高,挠曲电信号较弱等问题。研究了不同的制备工艺和掺杂对BST薄膜介电性能和挠曲电性能的影响,以及不同的非功能层和内电极层对双层BST复合薄膜介电和挠曲电性能的影响。论文首先用溶胶-凝胶法制备了均匀稳定的BST溶胶、Zr O_2溶胶、MgO溶胶和La_xSr_(1-x)CO_3(LSCO)溶胶,并用旋涂法在Si/SiO_2/Ti/Pt基底上分别制备了BST薄膜。研究发现,改变溶胶的pH值,Y~(3+)的掺杂量和烧结条件可以改善BST薄膜的微观结构并提高薄膜的介电和挠曲电性能。 当BST溶胶的pH值为4.1,Y~(3+)的掺杂量为1mol%,烧结温度为800℃,保温15min时,薄膜致密度高,表面无裂纹,介电和挠曲电性能最佳,介电常数为409,介电损耗为0.0104,横向挠曲电系数0.83μC/m,等效压电常数为10.67×104μC/N。在单层BST薄膜的研究基础上,制备了具有并联结构的多层复合BST/ZrO_2薄膜和BST/MgO薄膜,研究了烧结温度对复合薄膜表面形貌、介电性能、挠曲电性能的影响。研究发现,当烧结温度为750℃时,以Au为顶电极及内电极时的BST/ZrO_2复合薄膜介电常数为790,介电损耗为0.0510,横向挠曲电系数1.50μC/m,等效压电常数为19.82×104μC/N;BST/MgO复合薄膜介电常数为800,介电损耗为0.0412,横向挠曲电系数2.00μC/m,等效压电常数为25.10×104μC/N。论文对比了Au薄膜和LSCO薄膜作为两种内电极材料对多层复合BST/ZrO_2薄膜和BST/MgO复合薄膜微观结构和介电性能的影响。研究发现,当复合薄膜烧结温度在750℃以下时,内电极材料的改变对于复合薄膜的微观结构和介电性能影响不大;当复合薄膜的烧结温度超过750℃时,以LSCO为内电极层的复合薄膜性能优于以Au为内电极层的复合薄膜。在800℃烧结时,以LSCO为内电极层的复合薄膜的介电性能佳,BST/Zr O_2复合薄膜介电常数804,介电损耗0.0467;BST/MgO复合薄膜介电常数816,介电损耗0.0373。 |