Pb(Zr0.52Ti0.48)O3/LaNiO3纳米复合薄膜的制备及电学性能

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作者吕洋
来源沈阳工业大学
出版年2021
摘要
锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O3)铁电薄膜材料由于兼具良好的铁电、介电等多种特性,因而在非易失性存储器、微型压电马达、电容器、传感器等集成器件中被广泛使用。近年来,随着电子器件朝着微型化和集成化的方向持续发展,现代工业和生产生活的需求已经无法满足于单一组分的铁电材料。本论文通过将La Ni O3(LNO)氧化物导电薄膜与Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)铁电薄膜进行复合制备PZT/LNO纳米复合薄膜,以期提高薄膜的电学性能。本文的主要研究内容和结果如下:采用溶胶-凝胶法制备了PZT/LNO/PZT三明治结构复合薄膜,考察了LNO的厚度对复合薄膜微结构、铁电和介电性能的影响。结果表明,在PZT薄膜中插入LNO层时,上层PZT的钙钛矿晶粒沿中间层LNO外延生长。由于上层PZT层所受的面内压应力效应以及PZT/LNO界面处的氧空位作用导致的漏电流降低,使PZT/LNO/PZT复合薄膜的电性能明显提高。当LNO层厚度为140 nm时,PZT/LNO140 nm/PZT复合薄膜的剩余极化强度为43.3μC/cm2,介电常数为1841,比在相同电场强度下的纯PZT薄膜分别提高了298%和116%。采用溶胶-凝胶法制备了PZT/LNO交替纳米复合薄膜,根据复合的方式不同,分别制备了PZT/LNO多层纳米复合薄膜及多层薄膜电容器。结果表明,随着PZT和LNO交替层数的增加,PZT/LNO多层纳米复合薄膜中PZT所受的面内压应力效应以及PZT/LNO界面处氧空位作用进一步放大,使得PZT薄膜的电学性能有显著提升。在测试电压为9V下,当复合层数为7层时,PZT/LNO多层纳米复合薄膜的剩余极化强度可达到27.1μC/cm2,介电常数为2050,比纯PZT提高了149%和141%。以LNO作为内电极,PZT作为介质层制备了PZT/LNO多层薄膜电容器,实现了亚微米级多层薄膜电容器的设计。随着薄膜电容器的层数增加,其电容及剩余极化强度随之增大。其中,LNO/PZT/LNO结构的薄膜电容器的电容为8.6 n F,LNO/PZT/LNO/PZT/LNO结构的薄膜电容器的电容可达到22.5 n F。

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