镧掺杂对PLZT组分薄膜铁电性能影响的研究
发布时间：2021-07-25 14:37
采用化学溶液分解法分别制备了锆钛酸铅镧（PLZT）(x/65/35,Pb1-xLax(Zr0.65Ti0.35)O3)单组分薄膜和PLZT梯度薄膜,研究了镧掺杂对PLZT组分薄膜铁电性能的影响。结果表明:PLZT单组分和梯度薄膜具有良好的钙钛矿结构,PLZT-123梯度薄膜比PLZT（2/65/35）单组分薄膜在（111）面具有更好的结晶性能。薄膜结构致密无裂缝,与基片表面紧密结合,界面清晰,且表面平整,薄膜厚度均匀,约为400nm。薄膜的最佳掺镧浓度为2%,PLZT（2/65/35）和PLZT-123薄膜表现出了良好的铁电性能,它们的剩余极化强度为36.65μC/cm2和40.47μC/cm2。实验表明掺镧浓度对薄膜性能有着重要的影响,当掺镧浓度较低时,PLZT单组分和梯度薄膜具有良好的铁电性能,而且平均掺镧浓度相同的梯度薄膜比单组分薄膜具有更加优异的铁电性能。
【文章来源】：化工新型材料. 2020,48(07)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
PLZT梯度薄膜的断面SEM图
不同掺镧浓度下PLZT单组分薄膜的剩余极化强度和矫顽场的关系曲线见图3。由图可见，随着掺镧浓度的增加，PLZT薄膜的剩余极化强度出现先增加减低的趋势，而薄膜的矫顽场值没有呈现出明显的规律变化。当掺镧浓度为2%时，PLZT(2/65/35）单组分薄膜具有相对较大的剩余极化强度和较小的矫顽场，这主要是由于不同掺镧浓度下PLZT薄膜具有不同的相结构。当Zr/Ti为65/35时，薄膜的掺镧浓度较低时，随镧浓度的增加，薄膜的结构由菱方铁电相逐渐转化为反铁电相，此时薄膜的剩余极化强度逐渐减小。本实验还研究了不同掺镧浓度的镧梯度薄膜的铁电性能。表2为平均掺镧浓度为2%、4%、6%和8%的PLZT-123、PLZT-246、PLZT-468和PLZT-6810梯度薄膜的铁电参数。由表2可见，平均掺镧浓度从2%增至8%时，梯度薄膜的剩余极化强度和矫顽场都出现逐渐减小的趋势，掺镧浓度平均为2%的PLZT-123梯度薄膜具有较大的剩余极化强度和矫顽场值，表现出优异的铁电性能，而掺镧浓度平均为8%的PLZT-6810梯度薄膜表现出较差的铁电性能。对比发现，PLZT单组分薄膜和梯度薄膜具有一致的铁电性能，都是在掺镧浓度较低时表现出优异的铁电性，具有较大的剩余极化强度。这说明随着掺镧浓度的增加，PLZT薄膜的剩余极化强度出现先增大后减小的趋势，在掺镧浓度较低时表现出优异的铁电性能，因此最佳掺镧浓度为2%。
图4为掺镧浓度平均为2%、4%、6%和8%的单组分PLZT薄膜和梯度PLZT薄膜的电滞回线对比图。由图可见，平均掺镧浓度为2%的PLZT(2/65/35）和PLZT-123薄膜的剩余极化强度分别为36.65μC/cm2、40.47μC/cm2，矫顽场分别为114.26kV/cm、223.98kV/cm;PLZT(4/65/35）和PLZT-246薄膜的剩余极化强度分别为24.11μC/cm2、32.27μC/cm2，矫顽场为102.03kV/cm、154.45kV/cm;PLZT(6/65/35）和PLZT-468薄膜的剩余极化强度为23.63μC/cm2、21.68μC/cm2，矫顽场为58.19kV/cm、92.55kV/cm;PLZT(8/65/35）和PLZT-6810薄膜的剩余极化强度为23.10μC/cm2、17.33μC/cm2，矫顽场为144.69kV/cm、97.97kV/cm。因此，当掺镧浓度为2%时，PLZT(2/65/35）单组分薄膜和PLZT-123梯度薄膜与其他单组分薄膜和梯度薄膜相比，具有较大的剩余极化强度，展现出了更好的铁电性能。整体来看，当平均掺镧浓度为2%和4%时，PLZT-123梯度薄膜比PLZT(2/65/35）单组分薄膜展现出了优异的铁电性能，PLZT-246梯度薄膜比PLZT(4/65/35）单组分薄膜展现出了优异的铁电性能；当平均掺镧浓度为6%时，梯度薄膜和单组分薄膜的铁电参数非常相近；当平均掺镧浓度为8%时，单组分薄膜比梯度薄膜表现出了良好的铁电性能。这是由于掺镧浓度为2%和4%时，薄膜处于菱方铁电相区，在此相区内薄膜具有较大的剩余极化强度，表现出良好的铁电性能，而且梯度薄膜的各组分会产生薄膜层间的界面相互扩散，使薄膜的结构呈梯度变化，减小了薄膜内部的应力，提高了铁电性能；掺镧浓度为6%的PLZT薄膜结构中存在菱方铁电相和反铁电相两种结构，反铁电相结构的薄膜具有较小的剩余极化强度，它的存在会使PLZT薄膜的铁电性能受到制约，最终导致单组分和梯度薄膜具有相近的铁电性；掺镧浓度为8%的梯度薄膜比单组分薄膜存在更多的反铁电相结构，因此PLZT-6810梯度薄膜表现出较差的铁电性。
【参考文献】：
博士论文
[1]梯度铁电薄膜的热力学性质研究[D]. 曹海霞.苏州大学 2005
本文编号：3302214
【文章来源】：化工新型材料. 2020,48(07)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
PLZT梯度薄膜的断面SEM图
不同掺镧浓度下PLZT单组分薄膜的剩余极化强度和矫顽场的关系曲线见图3。由图可见，随着掺镧浓度的增加，PLZT薄膜的剩余极化强度出现先增加减低的趋势，而薄膜的矫顽场值没有呈现出明显的规律变化。当掺镧浓度为2%时，PLZT(2/65/35）单组分薄膜具有相对较大的剩余极化强度和较小的矫顽场，这主要是由于不同掺镧浓度下PLZT薄膜具有不同的相结构。当Zr/Ti为65/35时，薄膜的掺镧浓度较低时，随镧浓度的增加，薄膜的结构由菱方铁电相逐渐转化为反铁电相，此时薄膜的剩余极化强度逐渐减小。本实验还研究了不同掺镧浓度的镧梯度薄膜的铁电性能。表2为平均掺镧浓度为2%、4%、6%和8%的PLZT-123、PLZT-246、PLZT-468和PLZT-6810梯度薄膜的铁电参数。由表2可见，平均掺镧浓度从2%增至8%时，梯度薄膜的剩余极化强度和矫顽场都出现逐渐减小的趋势，掺镧浓度平均为2%的PLZT-123梯度薄膜具有较大的剩余极化强度和矫顽场值，表现出优异的铁电性能，而掺镧浓度平均为8%的PLZT-6810梯度薄膜表现出较差的铁电性能。对比发现，PLZT单组分薄膜和梯度薄膜具有一致的铁电性能，都是在掺镧浓度较低时表现出优异的铁电性，具有较大的剩余极化强度。这说明随着掺镧浓度的增加，PLZT薄膜的剩余极化强度出现先增大后减小的趋势，在掺镧浓度较低时表现出优异的铁电性能，因此最佳掺镧浓度为2%。
图4为掺镧浓度平均为2%、4%、6%和8%的单组分PLZT薄膜和梯度PLZT薄膜的电滞回线对比图。由图可见，平均掺镧浓度为2%的PLZT(2/65/35）和PLZT-123薄膜的剩余极化强度分别为36.65μC/cm2、40.47μC/cm2，矫顽场分别为114.26kV/cm、223.98kV/cm;PLZT(4/65/35）和PLZT-246薄膜的剩余极化强度分别为24.11μC/cm2、32.27μC/cm2，矫顽场为102.03kV/cm、154.45kV/cm;PLZT(6/65/35）和PLZT-468薄膜的剩余极化强度为23.63μC/cm2、21.68μC/cm2，矫顽场为58.19kV/cm、92.55kV/cm;PLZT(8/65/35）和PLZT-6810薄膜的剩余极化强度为23.10μC/cm2、17.33μC/cm2，矫顽场为144.69kV/cm、97.97kV/cm。因此，当掺镧浓度为2%时，PLZT(2/65/35）单组分薄膜和PLZT-123梯度薄膜与其他单组分薄膜和梯度薄膜相比，具有较大的剩余极化强度，展现出了更好的铁电性能。整体来看，当平均掺镧浓度为2%和4%时，PLZT-123梯度薄膜比PLZT(2/65/35）单组分薄膜展现出了优异的铁电性能，PLZT-246梯度薄膜比PLZT(4/65/35）单组分薄膜展现出了优异的铁电性能；当平均掺镧浓度为6%时，梯度薄膜和单组分薄膜的铁电参数非常相近；当平均掺镧浓度为8%时，单组分薄膜比梯度薄膜表现出了良好的铁电性能。这是由于掺镧浓度为2%和4%时，薄膜处于菱方铁电相区，在此相区内薄膜具有较大的剩余极化强度，表现出良好的铁电性能，而且梯度薄膜的各组分会产生薄膜层间的界面相互扩散，使薄膜的结构呈梯度变化，减小了薄膜内部的应力，提高了铁电性能；掺镧浓度为6%的PLZT薄膜结构中存在菱方铁电相和反铁电相两种结构，反铁电相结构的薄膜具有较小的剩余极化强度，它的存在会使PLZT薄膜的铁电性能受到制约，最终导致单组分和梯度薄膜具有相近的铁电性；掺镧浓度为8%的梯度薄膜比单组分薄膜存在更多的反铁电相结构，因此PLZT-6810梯度薄膜表现出较差的铁电性。
【参考文献】：
博士论文
[1]梯度铁电薄膜的热力学性质研究[D]. 曹海霞.苏州大学 2005
本文编号：3302214
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