1、Ca、 Sr 掺杂 BaTiO3 薄膜及陶瓷铁电材料性质研究 第一章 引言1中 文 摘 要铁电材料由于其良好的介电、，压电和光学性能而被广泛应用在各种电子以及光学器件上。BaTiO 3及各种掺杂改性后的 BaTiO3固溶体材料一直都是铁电材料研究的热门问题。其中，Ca 掺杂的 Ba1-xCaxTiO3（BCT）材料被认为是很有前景的无铅光电器件和存储器件材料。现代微型器件需要高质量的薄膜材料，然而关于 BCT 薄膜材料的报道却很少。在本文中，我们将报道各个不同 Ca 组分的 BCT 薄膜和陶瓷材料的性质对比研究。本文还将对 Sr,Ca 共同掺杂 BaTiO3陶瓷材料的性质进行研究。，在实验中我
2、们发现特定组分的(Ba xSr1-x)0.77Ca0.23TiO3陶瓷与未掺 Ca 的(Ba xSr1-x)TiO3BST 陶瓷相比表现出了剩余极化增强的现象。,本文将主要针对这以上两个问题做一些粗略的探讨。本论文中我们采用固相烧结工艺来制备 BCT 陶瓷，利用脉冲激光沉积技术在Pt/Ti/SiO2/Si 基底上生长 BCT 薄膜，对它们的微观结构和介电性能进行比较和研究。我们发现 BCT 陶瓷和薄膜样品的显微结构和介电性质具有很大的差异。当 01012 104 106数据传输速度 5Mb/s 1kb/s 100kb/s写如时间 10ns 10ms 10s写入电压 1.8V 1.8V 3.4V
3、芯片尺寸比 1 3 0.81.2 钛酸钡系列铁电材料Ca、 Sr 掺杂 BaTiO3 薄膜及陶瓷铁电材料性质研究 第一章 引言10铁电陶瓷是指具有自发极化，且晶粒都具有压电特性，为外电场所转向的一类陶瓷。其介电系数可高达 103-104，故又称之为强介瓷。这类陶瓷如果制备得当，可使其介电常数温度系数不至于过大，介电损耗约为 10-3，抗电强度也足够高，适合于制作小体积，大容量（几千- 几万 pF）的低频电容器。能够很好地工作于滤波、旁路、隔直等电子线路之中。目前已经得到广泛使用的这类材料，主要是以 BaTiO3为基本成分，具有钙钛矿结构的多种固溶体陶瓷。在这类陶瓷中调整成分以形成各种固溶体为主
4、要目的，在于使该铁电瓷的介电常数能够更高一些，使其居里峰能够移入工作温度区，以及使其 随温度变化能尽可能地小一些。铁电材料具有极化响应的特性，随着外加偏置电场的变化，其小信号电容也发生非线性的改变。但由于 PZT 和 PNZT 等铁电材料在微波条件下，虽具有较大的调谐量，但微波损耗也比较大同时挥发较剧烈，不能作为微波调谐之用。近些年来，国际上已掀起了研究钛酸锶钡介质基的电调谐滤波器，电调谐振天线，以及移相器诸方面的研究热潮。美国军事实验室 L.C.Sengupa 等人研究结果表明电光移相器用的主要电光材料是钛酸锶钡材料，这种材料的非线性与调谐性、温度特性，频率性、极化强度特性和抗疲劳性直接影响
5、着电光移相器的及相控阵天线的性能。系材料由于微波损耗较小，同时没有挥发性和毒副作用而成为微波调谐介质的最佳候选材料。动态随机存储器是 IC 产业中产量最大的一种产品，随着集成密度的提高，对器件的要求越来越苛刻。块体的钛酸钡材料已经研究的比较成熟，介电常数可以达到几千以上。但是 F 块体材料的体积较大不能满足工艺和器件的要求。将块体材料转化成薄膜就可以满足要求。生产厂商纷纷展开了无铅压电陶瓷的研究，种类主要有如下几类：钛酸钡铁电陶瓷，钛酸锶钡等。如 NEC、美国先进项目研究委员会（DARPA） 、韩国 Samsung、和 LG Semicon 等公司。1.3 铁电陶瓷的制备技术一般铁电陶瓷的制备是采用传统的固相烧结的方法进行制备的。传统的固相烧结法制备钛酸钡系列铁电陶瓷通常是用碳酸盐和二氧化钛按克分子比例，经充分球磨，然后成型，在 1300 1400的高温中烧结。实际生产中往往还要在原料中加
