铌酸钾钠(KNN)无铅压电薄膜由于其高的居里温度,优良的压电铁电性能,以及生物相容性,在致动器、传感器等领域具有广泛的应用前景。然而,在热处理过程中,A位(K,Na)离子易挥发成为制备高质量KNN无铅压电薄膜的一大挑战。 本论文以减少A位离子的挥发、制备高质量的无铅压电薄膜为目标,采用磁控溅射法制备KNN薄膜,用XRD、FESEM、Radiant铁电测试系统等多种分析测试手段,研究不同衬底(硅片、Pt/Ti/SiO2/Si及石英片)、溅射参数(沉积时间及沉积温度)、退火条件(退火温度、退火气氛及退火时间)对KNN薄膜晶体结构、表面形貌及电学性能的影响,并分析Cu掺杂量及退火时间对KNN薄膜的结构形貌及电学性能的影响。 在Pt/Ti/SiO2/Si基体上制得了纯钙钛矿相的KNN薄膜,实验发现衬底中SiO2能有效防止KNN薄膜与Si之间的相互扩散,避免了非铁电相物质生成;溅射时间过短易导致薄膜表面的致密度较差;沉积温度过高易导致A位碱性离子挥发加剧。 在KNN气氛中,650℃退火60 min制得了铁电性能最优的KNN薄膜,其剩余极化强度2Pr和矫顽电场2Ec分别为20.28 μC/cm2,200.25 kV/cm,这归因于薄膜具有较高择优取向性,较大的晶粒尺寸及致密的表面形貌。另外,高温退火时,Na2CO3和K2CO3粉末分解,形成的KNN气氛能够有效抑制A位离子挥发。 Cu2+离子的引入可以提高KNN薄膜的致密度,但增大了薄膜的晶格畸变,A位离子挥发加剧,导致第二相的生成,不利于KNN薄膜的电学性能。