锆钛酸钡钙薄膜的制备与压电性能研究

发布时间：2017-04-13 02:05

  本文关键词：锆钛酸钡钙薄膜的制备与压电性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着电子信息、集成电路和微机电系统(MEMS)等领域的迅猛发展,压电薄膜材料和微型压电传感器的需求量也在日益增加。受环境和社会可持续发展的制约,传统压电材料(含铅)遭到限制,性能优异的无铅压电薄膜和相关传感器有着广泛的应用前景。自从x Ba_(0.7)Ca_(0.3)Ti O_3-Ba Zr_(0.2)Ti_(0.8)O_3(x BCT-BZT)无铅压电材料被发现在准同型相界(MPB)附近具有良好的压电性能,压电系数d_(33)可达620p C/N,可以媲美铅基压电材料,这引起了相关科研人员的广泛关注。0.5BCT-BZT薄膜材料具有如下优点,能量容易收集、较低的驱动电压和更好的应用于集成电路的潜力。然而不同于0.5BCT-BZT压电陶瓷材料,0.5BCT-BZT薄膜材料的压电性能并不十分良好。其主要原因为该体系薄膜的晶化温度较高、晶化程度低,导致薄膜无织构、质量差。而较高的晶化温度也大大降低了其应用于电子信息、MEMS等领域的潜力。本文选用溶胶-凝胶法制备0.5BCT-BZT薄膜,通过引入La Ni O3(LNO)种子层优化界面。经XRD、AFM以及SEM等检测对比分析,发现相对于BZT-BCT薄膜,BZT-BCT/LNO薄膜低温下即可晶化彻底,并且表现出明显的(100)织构;通过分别对两种薄膜进行电性能测试并综合对比分析,发现引入种子层优化后的薄膜的质量有明显改善,其压电、铁电及介电性能也均有大幅度提高。研究发现,对于0.5BCT-BZT薄膜来说,需要在700°C高温下才能转化为完全钙钛矿结构,同时伴随着织构差、漏电流大、电性能弱等缺陷。为解决上述一系列问题,我们在薄膜界面处引入了LaNiO_3(LNO)种子层。研究发现,在0.5BCT-BZT/LNO晶化过程中,LNO种子层可以为0.5BCT-BZT薄膜提供形核质点,使0.5BCT-BZT薄膜晶化温度大幅降低(550°C),且明显的提升其压电性能。
【关键词】：压电传感器 准同型相界 种子层 (100)织构
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 引言10
• 1.2 课题研究的目的和意义10-12
• 1.3 国内外研究现状12-13
• 1.4 0.5BCT-BZT薄膜的性能13-16
• 1.4.1 0.5BCT-BZT薄膜的压电性能13-14
• 1.4.2 0.5BCT-BZT薄膜的铁电性能14-15
• 1.4.3 0.5BCT-BZT薄膜的介电性能15-16
• 1.5 压电薄膜材料的应用前景16-17
• 1.6 课题来源与主要工作17-19
• 1.6.1 课题来源17
• 1.6.2 主要研究工作17-19
• 第2章 0.5BCT-BZT和LNO薄膜的制备19-26
• 2.1 引言19
• 2.2 0.5BCT-BZT薄膜的制备19-23
• 2.2.1 0.5BCT-BZT薄膜制备的实验材料20
• 2.2.2 0.5BCT-BZT薄膜制备的实验过程20-23
• 2.3 LaNiO_3薄膜的制备23
• 2.4 薄膜制备工艺参数23-24
• 2.5 薄膜微结构和性能测试方法24-25
• 2.5.1 X射线物相和反射率分析24
• 2.5.2 扫描电子显微镜分析24-25
• 2.5.3 电性能分析25
• 2.6 本章小结25-26
• 第3章 0.5BCT-BZT薄膜结晶行为研究26-36
• 3.1 引言26
• 3.2 0.5BCT-BZT薄膜的晶化及性能分析26-34
• 3.2.1 预烧温度对 0.5BCT-BZT薄膜晶化的影响26-28
• 3.2.2 退火方式和晶化温度对 0.5BCT-BZT薄膜的影响28-31
• 3.2.3 退火方式和保温时间对 0.5BCT-BZT薄膜的影响31-34
• 3.3 本章小结34-36
• 第4章 0.5BCT-BZT薄膜界面优化及性能研究36-42
• 4.1 引言36
• 4.2 0.5BCT-BZT/LNO复合薄膜的晶化行为和电性能研究36-41
• 4.2.1 0.5BCT-BZT/LNO复合薄膜的微结构分析36-38
• 4.2.2 0.5BCT-BZT/LNO薄膜的电性能分析38-41
• 4.3 本章小结41-42
• 结论42-43
• 参考文献43-48
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文48-49
• 致谢49

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