[發明專利]一種降低鈦酸鉍鈉基薄膜矯頑場及提高其耐壓性的方法

無效

• 申請號: 201410693444.8
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104496468A
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發明（設計）人: 楊長紅;馮超;吳海濤;韓亞潔;錢進
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C04B35/475
• 分類號: C04B35/475;C04B35/622
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明屬于電子功能材料和器件領域，具體涉及到的是一種降低鈦酸鉍鈉基薄膜矯頑場及提高其耐壓性的方法。

背景技術

無鉛鐵電材料鈦酸鉍鈉(Na_0.5Bi_0.5TiO₃)由于其具有較高的居里溫度(T_c=320?°C)，較強的鐵電性(剩余極化強度可達P_r=38?μC/cm²)而備受關注。對于薄膜態而言，高溫結晶(～700°C)過程不可避免的存在著元素的揮發，由此引起的高漏電使得薄膜的剩余極化偏小；且高溫結晶過程中導致的微觀結構不均勻性等因素會導致矯頑場的增大。從而限制了Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜在電子元件中的應用。為了改善Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜態的電學性質，人們進行了一系列的研究，可以歸納為以下幾個方面：(i)提高薄膜的結晶質量；如：(100)取向的Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜在330?kV/cm電場強度下，剩余極化(P_r)為12.6?μC/cm²，相應的矯頑場(E_c)為92?kV/cm(參考文獻：M.?Bousquet,?J.-R.?Duclère,?C.?Champeaux,?A.?Boulle,?P.?Marchet,?A.?Catherinot,?A.?Wu,?P.M.?Vilarinho,?S.?Députier,?M.?Guilloux-Viry,?A.?Crunteanu,?B.?Gautier,?D.?Albertini,?and?C.?Bachelet,?Macroscopic?and?nanoscale?electrical?properties?of?pulsed?laser?deposited?(100)?epitaxial?lead-free?Na_0.5Bi_0.5TiO₃?thin?films,?J.?Appl.?Phys,?2010,?107,?034102.)。(ii)通過引入緩沖層構建異質多層結構；如：三明治結構Pb(Zr_0.4Ti_0.6)O₃/(Na_0.5Bi_0.5)_0.94Ba_0.06TiO₃/Pb(Zr_0.4Ti_0.6)O₃薄膜在1000?kV/cm電場強度下,剩余極化(P_r)為17?μC/cm²，相應的矯頑場(E_c)為56?kV/cm(參考文獻：Y.P.?Guo,?M.?Li,?W.?Zhao,?D.?Akai,?K.?Sawada,?M.?Ishida,?M.Y.?Gu,?Ferroelectric?and?pyroelectric?properties?of?(Na_0.5Bi_0.5)TiO₃-BaTiO₃?based?trilayered?thin?films,?Thin?Solid?Films,?2009,?517,?2974-2978.)。(iii)通過與其它鐵電材料形成固溶體，尤其是存在準同型相界的薄膜；如：(Na_0.5Bi_0.5)_0.94Ba_0.06TiO₃薄膜在340?kV/cm電場強度下,剩余極化(P_r)為14.5?μC/cm²，相應的矯頑場(E_c)為102?kV/cm(參考文獻：D.Y.?Wang,?N.Y.?Chan,?S.?Li,?S.H.?Choy,?H.Y.?Tian,?H.L.?W.?Chan,?Enhanced?ferroelectric?and?piezoelectric?properties?in?doped?lead-free?(Na_0.5Bi_0.5)_0.94Ba_0.06TiO₃?thin?films,?Appl.?Phys.?Lett.,?2010,?97,?212901.)。(iv)離子摻雜；如：脈沖激光沉積技術制備的錳離子摻雜Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜在240?kV/cm電場強度下,剩余極化(P_r)為23?μC/cm²，相應的矯頑場(E_c)為60?kV/cm(參考文獻：M.M.?Hejazi，?E.?Taghaddos，?A.?Safari，?Reduced?leakage?current?and?enhanced?ferroelectric?properties?in?Mn-doped?Na_0.5Bi_0.5TiO₃-based?thin?films,?J.?Mater.?Sci.,?2013,?48,?3511-3516.)。以上實例相對于純相Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜(在550?kV/cm的最大電壓下，P_r=10?μC/cm²，相應的E_c=130?kV/cm。參考文獻：Jinbao?Xu,?Yun?Liu,?Ray?L.?Withers,?Frank?Brink,?Hui?Yang,?and?Mark?Wang，Ferroelectric?and?non-linear?dielectric?characteristics?of?Bi_0.5Na_0.5TiO₃?thin?films?deposited?via?a?metallorganic?decomposition?process，J.?Appl.?Phys,2008，104，116101)，漏電流的抑制使測量的剩余極化值均有所提高。而上述無鉛實例中的矯頑場與最大電場強度的比值均大于0.2，相對與鉛基鐵電薄膜材料，矯頑場還有待進一步減小。