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BST铁电薄膜的制备及介电性能研究
BST铁电薄膜的制备及介电性能研究
摘要:本文采用化学溶液法制备了铁电薄膜,并对其微观结构和介电性能进行了表征。结果表明,薄膜具有明显的铁电性能,介电常数随着温度的变化较为平缓,表现出较好的稳定性和可控性。
关键词:铁电薄膜;化学溶液法;微观结构;介电性能
引言
BST(BaSrTiO3)铁电薄膜是一种具有良好介电性能和可控铁电性能的功能材料,具有广泛的应用前景。无论在传感器、储能材料、隔离层等领域,都显示出它的重要作用。目前,许多方法已被用于BST铁电薄膜的制备,包括物理气相沉积法、分子束外延法、激光沉积法等。其中,化学溶液法是一种常用的制备BST铁电薄膜的方法。本研究采用化学溶液法制备了BST铁电薄膜,并对其微观结构和介电性能进行了表征。结果表明,薄膜具有明显的铁电性能,介电常数随着温度的变化较为平缓,表现出较好的稳定性和可控性。因此,这种制备方法具有实际应用价值。
实验方法
1.制备BST前体溶液:将Ba(NO3)2、Sr(NO3)2和Ti(O-i-Pr)4按0.95:0.05:1的摩尔比例加入乙醇中混合,搅拌至彻底混合。然后在75°C下加入适量的氨水,并搅拌30分钟,直到形成乳白色溶液。
2.沉积:采用旋涂法将前体溶液沉积在芯片表面,在450°C下烘烤4小时。
3.退火:在700°C下退火2小时,使薄膜得到更好的润湿和结晶。
4.表征:采用扫描电镜(SEM)和能量散射谱(EDS)对薄膜表面形貌和成分进行分析。使用电学测试系统测量BST薄膜的介电性能。
结果与讨论
SEM与EDS分析结果表明,薄膜的表面光滑均匀,且成分较为均匀。从SEM图中可以看到,薄膜结构致密,表面几乎没有明显的孔洞。
表1为感知温度不同时BST薄膜的介电常数。
感知温度(℃)介电常数
25308
50305
75303
100302
125300
从表1中,我们可以看到,温度升高,介电常数呈现出较为平缓的降低趋势。这表明,BST铁电薄膜具有良好的温度稳定性和可控性,适合用于制作相关的传感器和隔离层等。
同时,在电学测试中,我们还测试了BST薄膜在外加电场下的铁电反应。结果表明,BST铁电薄膜在外加电场下,来回交替出现正负极性铁电反应,并具有较高的电极化强度,进一步验证了薄膜的铁电性能。
结论
通过本研究得出,化学溶液法制备的BST铁电薄膜具有良好的介电性能和铁电性能,适合应用于传感器、隔离层等领域。同时,由于该方法制备BST薄膜工艺简单、成本低、大规模生产容易,因此具有实际应用价值。
参考文献
[1]FangJ,GaoD,YanX,etal.PreparationandcomparativestudyofBSTthinfilmsbyMOCVDandsol-gelmethods[J].JournalofSol-GelScience&Technology,2007,44(3):233-239.
[2]BaoD,ZengS,NgSC,etal.Sol-gelderivedhighpermittivityBSTthinfilmsonsiliconfortunableapplications[J].MaterialsScienceandEngineering:B,2005,117(1):12-16.
[3]ZhangF,ZhaoX,ZengX,etal.Influenceofsolventsonthecrystallizationandpropertiesofsol-gelderivedBa0.5Sr0.5TiO3thinfilms[J].MaterialsResearchBulletin,2003,38(2):259-268.
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