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二元共掺BST薄膜介电性能及掺杂机理研究

作　者: 傅向军
导　师: 廖家轩
学　校: 电子科技大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 钛酸锶钡薄膜 二元共掺 交替掺杂
分类号: O484.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 52次
引　用: 1次
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内容摘要


本论文主要研究二元共掺对Sol-gel法制备的钛酸锶钡(Ba0.6Sr0.4TiO3,BST)薄膜介电性能的影响。围绕提高BST薄膜介电性能而展开,结合目前优化BST介电性能的研究趋势,对一元掺杂与二元共掺进行研究,并对BST进行了交替掺杂的研究尝试。利用XRD、AFM、XPS等现代材料分析方法对薄膜微结构、表面形貌和成分进行表征,并就相关成分、工艺、结构及性能之间的联系进行探讨。首先,研究掺杂前后BST相结构的变化,结合试验结果,从容差因子等角度判断了掺杂元素对BST相结构的影响。通过AFM和XPS分析了BST薄膜表面形貌和表面成分。分析表明:掺杂后BST晶粒尺寸的变化与掺杂的元素有关,一元掺杂后钙钛矿结构BST的含量发生了变化。选取铈、锰对BST进行了A位掺杂、B位掺杂与AB位共掺杂对比研究。结果表明:掺杂后BST薄膜的介电性能得到了优化,其中,铈锰二元共掺的介电性能更具有优势,介电损耗最低可以降到0.014,20V的偏压下的优值因子为16.9;铈锰共掺克服了铈单掺杂耐压性差的问题。其次,为进一步降低BST薄膜的介电损耗,本论文进行了交替掺杂的研究尝试。研究了掺杂浓度和薄膜层数对交替掺杂BST薄膜介电性能的影响。交替掺杂在保持一定的优值因子基础上显著降低了介电损耗,同时,该薄膜还具有良好的耐压特性、平稳的损耗-偏压特性。此外,测试频率从100KHz提高到1MHz后,BST薄膜介电性能显示出良好的频率稳定性能。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-19
  1.1 BST 晶体结构与微观机理  10-13
    1.1.1 BST 的晶体结构  10-11
    1.1.2 BST 的介电性能  11-12
    1.1.3 BST 微观机理  12-13
  1.2 BST 研究热点  13-15
  1.3 BST 梯度改性研究  15-16
    1.3.1 (Ba/Sr)梯度  15-16
    1.3.2 掺杂梯度  16
  1.4 BST 掺杂改性研究  16-18
    1.4.1 一元掺杂的研究  16-17
    1.4.2 二元共掺的研究  17-18
  1.5 论文主要内容  18-19
    1.5.1 掺杂元素的选取  18
    1.5.2 主要内容  18-19
第二章 实验  19-25
  2.1 实验原料  19-20
  2.2 制备工艺  20-22
    2.2.1 Sol-gel 法的基本原理  20
    2.2.2 Sol-gel 法制备 BST 薄膜  20-21
    2.2.3 Sol-gel 法制备 BST 薄膜机理探讨  21-22
  2.3 测试  22-23
    2.3.1 XRD 测试  22
    2.3.2 XPS 测试  22
    2.3.3 AFM 测试  22-23
    2.3.4 C-V 测试  23
  2.4 实验方案  23-25
第三章 掺杂 BST 相结构分析  25-34
  3.1 一元掺杂  25-31
    3.1.1 铈掺杂  25-27
    3.1.2 钇掺杂  27-28
    3.1.3 锰掺杂  28-30
    3.1.4 退火温度对比分析  30-31
  3.2 二元共掺  31-33
  3.3 本章小结  33-34
第四章 铈锰共掺 BST 性能研究  34-40
  4.1 介电性能测试结果  34-36
  4.2 介电性能分析  36-39
    4.2.1 AFM 分析  36
    4.2.2 XPS 分析  36-38
    4.2.3 可调性分析  38
    4.2.4 介电损耗分析  38-39
  4.3 本章小结  39-40
第五章 交替掺杂 BST 性能研究  40-55
  5.1 掺杂浓度研究  40-48
    5.1.1 锰钇交替  40-42
    5.1.2 钇锰交替  42-46
    5.1.3 频率对比  46-48
  5.2 薄膜层数研究  48-54
    5.2.1 可调性  49-50
    5.2.2 介电损耗  50-52
    5.2.3 频率对比  52-54
  5.3 本章小结  54-55
第六章 主要结论  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-62
攻读硕士学位期间的研究成果  62-63

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 薄膜物理学 > 薄膜的性质 > 电性质
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