《掺杂Bi4Ti3O12陶瓷和薄膜的铁电性能研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《掺杂Bi4Ti3O12陶瓷和薄膜的铁电性能研究（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 南京k学研究生毕业鱼宝主宝摘妥置互里4 4 , 毕业 论文 题目 :生 纽曰 鲍选鱼巡噬 A0 #1t-t B i4 T i , O ,z A t丝A M %凝聚态物理专业 2 0 0 1级硕士生姓名:宋春花 指导教师 ( 姓名、职称) : 朱劲 松教授近年来， 铁电材料由于铁电存储器的实现被广泛研究。 但现有用于铁电存储器的两 种铁电材料P Z T 和S B T 存在着或多 或少的 缺点， 所以 性能更 优的 铁电 存储介质仍被人们期待着。具有层状钙钦矿结构铁电材 料 B i 4 T i 3 0 1 2 ( B T O ) ，由 于 有很 大的自 发极 化 ( P s = 4 0 - y
2、5 0 11C / C m 2 ) ， 成为 倍受 关 注的 铁电 存储 器 的 候 选 材料。 但是这种材料的薄膜剩余极化小， 而且抗疲劳性能差， 因 此需要通过掺杂改善其性能。 众所周知， 材料内部的氧空位对于材料的铁电性能特别是疲劳方面有很大的影响，因 此研究氧空位在掺杂材 料中的变化，对于研究B T O掺杂 铁电 材料的性能有很 大的帮助 。本论文 着重测 量了 B i 4 T i 3 0 1 :及其掺杂的B i 4 - x L a x T i 3 0 1 2 ( B L T ) , B i 4 .x l O F C / c m 2 2 )较低的 矫 顽场 E ,:A r lt 16
3、1, J .F .S c o tt “ , H .M .D iii k e r 1s a n d L o 19 根 据以 上的实验结果和观点提出了一些理论模型， 在一定的范围取得一些成功， 但完整的第二章B f 4 T i3 0 , z 陶瓷和薄膜的制备工艺和铁电性能的铡量理论有待进一步探索。虽 2 . 6 相关电学测试方法2 . 6 . 1铁电性能的测试铁电 测量采用R a d i a n t T e c h n o l o g i e s 公司生产的R T 6 0 0 0 H V S 或R T 6 6 A 。 仪器采用虚地模式 ( v ir t u a l g r o u n d m o
4、d e ) 。图2 - 手 是虚地 模式的工作原理电路。待测材料的一个电极接仪器的驱动电 压端 ( d r i v e ) ，另一个接仪器的信号采集端( r e t u rn) 。 样品 极化的改变造成电极上的电 荷的 变化， 形成电流。 电 流经过放大、积分就还原成样品表面的电 荷量， 单位面 积上的电 荷量的大小 就是极化量P t 2 o l a图2 -4铁电测试仪虚地模式电 路图疲劳测试通过将连续的双向 翻转方脉冲加到 样品上， 并 在其中插入脉冲极化测 试来 完成。 其测试 序列如图2 - 5 所示。 每测过 一次极 化值就自 动进入下一阶段 疲劳翻转，直到所有预设的疲劳翻转次数都已
5、完成。 方波的周期和脉宽独立可 调，疲劳和测试施加的电压也独立可调， 这些功能为测试带夹方便。脉冲极化脉冲极化 a 向翻转方脉冲-图2 - 5 疲劳测试序列第二章B i , T i5 0 ,2 陶瓷和薄膜的制备工艺和铁电性能的测量另外， 对薄膜的印记 特性的测试可通过单向脉冲完成， 这样会造成某个极化的优先状态。2 . 6 . 2其它的 性能测量漏电是薄膜的 一个重要参数， 铁电 体一 般是绝缘体，漏电 流小所以漏电 测量仪 采 用K e it h le y 6 5 1 7 A表， 其 测 量 精 度 可 达 到p A 量 级。 由 于 信号 采 集 速 度要 求不高， 测量接口 采用 R S
6、 - 2 3 2串 行口 ， 电压波形 采用台 阶式的外加电 压; 铁电 体的热学性能采用了差热分析仪， 它能 灵敏的 探测到 材料的 相变信息; 结构方面的 信息可以通过拉曼分析得到。 2 .7 与薄 膜性 质相关的 侧量分 析手 段 薄膜的结构和成分对薄膜的性质有重要的影响， 不同的研究对象有不同的研究方法和测量手段， 在电子技术发展起来以后， 对薄膜的研究相应地扩展到薄膜的各种结构特征， 成分分布，界面性质和电学性质等方面。随着薄膜材料应用的多样化， 其研究手段和研究对象也越来越广泛。 特别是在各种微观现象分析的研究的 基础上， 发展出一系列新的对薄膜结构和成分进行分析的手段。 分析手段
7、一般主要涉及以下的三个方面:1 ) 薄膜的厚度测量厚度测量包括光学测量，具体方法有干 涉法，台阶仪。还有力学测量的方法:表面粗糙度仪， 称重法和石英晶体振荡法。2 )薄膜形貌和结构表征1 .扫描电子显微镜 ( S E M )扫描电子显微镜是目前材料结构研究的最直接的手段之一， 因为它提供清晰直观的形貌图象，同时又具有分辨率高， 观察景深长的特点。2 .透射电子显微镜 ( T E M )透射电子显微镜的工作方式是被加速的电 子束穿过样品， 在此过程中与样品原子的点阵发生相互作用， 从而产生各 种形式的 有关薄膜的 结构和成分的信息: 如晶体的点阵类型 和点阵常数; 晶体的相对方位; 晶粒尺寸的大
8、小， 孪晶、 缺陷和畴第二章B i , T i , O 陶瓷和薄膜的制备工艺和铁电性能的侧量的组态信息。 3 . X 射 线 衍 射的 方 法 ( X - r a y d i f f a r a c t i o n )4 .原子力显微镜 ( A F M )其原理是针尖端的原子的电子云和待测样品表面原子的电子云靠近距离的不同产生不同的 交叠 程度的，产生相应不同的 隧穿电 流并来映 射表面凹凸 程度。3 )薄膜的 成分分析1 .电子能量色散谱 ( E D X )2 . 俄揭电 子能谱 ( A E S )3 . X 射线电子能谱 ( X P S )4 卢瑟福背散射技术 ( R B S )5 .二次
9、离子质谱 ( S I M S ) 2 .8本章小结本章着重介绍了铁电材料的测量方法和基本概念， 对于理解下文的实验有一定的帮助。参考文献: 1 . S . YWu ,WJ . T a k e i , M. H . F r a n c o m b e , a n d S . E . C u m mi n s , F e r r o e l e c t r i c s 3 , 2 1 7 ( 1 9 7 2 ) 2 . S . AKe n e ma n, A . Mi l l e r , a n d a n d GW.T a y l o r , F e r r o e l e c t r i c
10、s 3 . 1 3 1 ( 1 9 7 2 ) 3 .Y S h i m a k a w a , Y K u b o a n d Z . H i r o i , A p p l . P h y s . L e t t . 7 9 , 2 7 9 1 ( 2 0 0 1 ) 4 . D .J .J o h n s o n , D.T .A m m, E . G r i s w o l d , K . S r e e n i v a s , G Y i , a n d M. S a y e r ,M a t e r . R e s .S o c . S y m p .P r o c . 2 0 0
11、 , 2 8 9 ( 1 9 9 0 ) 5 .Y u .A.B o i k o v , B .M. G o l t s ma n , V K . Y a r ma r k i n , a n d V V L e ma n o vA p p l .P h y s . L e t t . 8 0 , 4 0 0 3 ( 2 0 0 2 ) 6 .L . J . S i n n a m o n ,M. M. S a a d , R .M.B o w m a n a n d J . M. G r e g g ,A p p l . P h y s . L e tt . 8 1 , 7 0 3 ( 2
12、0 0 2 )第二章B 4 T i , O ,i 陶瓷和薄膜的制备工艺和铁电性能的测量 7 . A .K .T a g a n t s e v , I . S t o l i c h n o v , E . l . C o l l a a n d N . S e tt e r ,J .A p p l . P h y s . 9 0 , 1 3 8 7 ( 2 0 0 1 ) 8 .L . Wa r e n , D . D i mo s , B . A . T u t l e , G E . P i k e , R W S c h w a r tz , P . J . C l e w , a n
13、 d D . C .Mc I n t y r e , J . A p p l . P h y s . 7 7 , 6 6 9 5 1 9 9 5 9 . L . C o l a , A . K . T a g a n t s e v , D . V T a y l o r , a n d A . L . K h o l k i n , I n t e g r . F e r o e l e c t r . 1 8 ,1 9 ( 1 9 9 7 ) 1 0 . V丫 S h u r , E . L . R u m y a n t e v , E . V B a t u r i n , A b s
14、 t r a c t o f t h e 6 t h I n t e rna t i o n a lS y m p o s i u m o n F e r o i c D o m a i n s a n d M e s o s c o p i c S t r u c t u r e s , N a n j i n g , C h i n a ,Ma y - J u n e 2 0 0 0 , p . 8 1 1 1 .K. WP l e s s n e r , P r o c . S o c . L o n d o n S e c t ., B 6 9 1 2 6 1 ( 1 9 5 6 )
15、1 2 .H . D e d e r i c h s G A r l t ， F e r r o e l e c t r i c s 6 9 8 2 8 1 ( 1 9 8 6 ) 1 3 .WJ .Me r z , J . R . A n d e r s o n , B e l l L a b R e c o r d , 3 3 , 3 3 5 ( 1 9 5 5 ) 1 4 . A . K . T a n g a n t s e v , I . S t o l i c h n o v , E . L . C o l l a a n d N . S e tt e r 9 0 , 1 3 8
16、7 ( 2 0 0 1 ) 1 5 . S .B . D e s u P h y s .S t a t . S o l ( a ) 1 5 1 , 4 6 7 ( 1 9 9 5 ) 1 6 .U . R o b e l s , J . H .C a l d e r w o o d a n d G A r l t J . A p p l . P h y s . 7 7 , 8 ( 1 9 9 5 ) 1 7 .Ma t h e w . d a w b e r , a n d J . F . S c o tt 7 6 , 1 0 6 0 ( 2 0 0 0 ) 1 8 .H .M. D i i i k e r e t . a l J . A p p l . P h y s 6 8 , 1 1 ( 1 9 9 0 ) 1 9 .V e n g C h e o n g L o 9 2 , 6 7 7 8 ( 2
