由于锆钛酸铅(PZT)的使用逐渐受到限制,铌酸钾钠(K_0.5Na_0.5NbO_3,KNN)成为了最有希望取代PZT的钙钛矿氧化物材料之一。同时随着电子行业的飞速发展,电子器件小型化、微型化的发展趋势使得钙钛矿薄膜材料逐渐成为研究的热点。铌酸钾钠(KNN)薄膜是因为其较高的居里温度以及较好的电学性能而受到广泛的研究。钙钛矿薄膜材料的制备方法可以分为化学方法与物理方法。化学制备法中的溶胶-凝胶法(Sol-Gel)拥有成本低、可调控组分、方便大规模生产等优点,因此逐渐应用于薄膜材料的制备中。本文将采用溶胶凝胶法制备KNN薄膜,然而溶胶-凝胶法制备的KNN薄膜依然存在不少缺点:溶液配置过程中碱金属离子吸水导致的化学计量比误差;退火过程中碱金属离子存在挥发。这些缺陷导致KNN薄膜的电学性能较差。本文尝试使用碱金属元素调控以及过量掺杂制备出化学组分接近K:Na:Nb=1:1:2的KNN薄膜。同时通过其他方式改善溶胶-凝胶法制备的KNN薄膜结晶质量差的问题。界面调控是改善KNN薄膜性能的方式之一,通过改变基底、使用合适的缓冲层,可以一定程度上改善KNN薄膜的结晶质量以及电学性能。因为KNN与BFO、BTO具有相同的钙钛矿结构以及近似的晶格常数,因此本文选择铁酸铋(BiFeO₃,BFO)薄膜与钛酸钡(BaTiO₃)薄膜作为促进KNN高质量结晶的缓冲层。第三章详细介绍了基于镍酸镧(LaNiO₃,LNO)底电极上制备的BFO薄膜与BTO薄膜,经过实验对比发现磁控溅射法制备的BFO薄膜具有更好的铁电性能。因此最终选用BFO促进KNN高质量结晶。本文通过KNN/BFO异质结构在KNN与BFO之间引入外延界面和晶格应变,这对于改善KNN结晶质量有所帮助。为此本文对Au/KNN/BFO/LNO、Au/BFO/KNN/LNO两种结构的双层薄膜进行了探究(标注顺序为从顶层到底层,顶电极均为Au因此后面将省略)。研究发现基于LNO底电极制备的BFO薄膜沿(001)取向高质量结晶,BFO通过界面调控促进上层KNN薄膜高质量结晶。KNN/BFO/LNO双层薄膜中的KNN结晶更为致密,取向度更高,电滞回线的极化强度P_r有所提高。而BFO/KNN/LNO双层薄膜中,制备BFO时KNN将再次经过退火,此时等离子体巨大的动能冲击使得KNN重结晶变得更为致密,膜内缺陷得到改善。因此后续结合两种原理设计了BFO/KNN/BFO/LNO三层结构的多层薄膜,其介电损耗较KNN/BFO/LNO、BFO/KNN/LNO有所降低。薄膜厚度的改变会影响结晶形貌与大小,进而影响到薄膜的电学性能。本文进一步探讨了KNN/BFO/LNO双层薄膜中BFO厚度对薄膜性能的影响。研究发现KNN厚度为100 nm、BFO厚度在200-400 nm范围内变化时,随着BFO薄膜厚度的增加,BFO的晶粒尺寸增大。这使得膜内晶界减少、漏电流更小,同时基于界面调控使得KNN的晶粒尺寸夜有所增大。为了避免KNN与BFO不同介电常数导致KNN:BFO厚度比不同对其介电性能的影响,本文设计了KNN:BFO厚度比不变、改变总厚度的对照实验。研究发现BFO厚度的增加一定程度上可以促进薄膜结晶质量提高,介电常数有所提高、介电损耗减小。本文还探讨了不同底电极对KNN-BFO多层薄膜电学、光学性能的影响。首先,本文在Si衬底上成功制备出了ITO(222)底电极,然后对比了ITO(222)与LNO底电极上KNN-BFO多层薄膜的电学性能。研究发现KNN/BFO/ITO(222)双层薄膜较KNN/BFO/LNO双层薄膜具有更大的漏电流,这是底电极与薄膜晶界处晶格失配过大导致的。然后研究了薄膜的光学性能,研究发现KNN/BFO双层薄膜由于膜内衍射效应使得透过率较BFO单层薄膜有所下降。同时还对薄膜的光学带隙进行了研究,最终发现双层薄膜的带隙较单层薄膜有所降低,这有助于太阳能电池以及光电器件领域的应用。