一、用溶胶-凝胶法制备PZT铁电薄膜(论文文献综述)
张苗苗[1](2021)在《铅基铁电薄膜的电卡及储能效应研究》文中认为铁电/反铁电薄膜在芯片级电卡制冷领域具有潜在的应用前景,对于解决集成电路中微电子器件的散热问题具有重要的科学意义。此外,由于其具有高的功率密度、快的放电速率、稳定的储能特性、长的循环寿命及绿色环保等特点,还可广泛应用于先进电磁脉冲武器、高功率雷达、关键医疗器件、新能源汽车等领域。本论文利用溶胶凝胶法在Nb掺杂SrTiO3(STO)单晶衬底上制备了 BiFeO3和La共掺杂的Pb(Zr0.70Ti0.30)O3外延级铁电薄膜,系统研究了取向对其电卡制冷与储能效应的影响;在LaNiO3和Pt(111)/TiOx/SiO2/Si(100)复合衬底上制备了 Nb 掺杂的 Pb(Zr0.65Sn0.3Ti0.05)O3弛豫反铁电薄膜,系统分析了频率对其电卡制冷与储能效应的影响。研究结果表明:(1)利用sol-gel技术成功的在Nb掺杂的SrTiO3(STO)单晶衬底上制备出了高质量的BiFeO3和La共掺杂的PZT外延级铁电薄膜。通过衬底的取向调控,结合电场、应力场、温度场等的耦合发现沉积在(100)、(110)以及(111)取向衬底上的外延级薄膜中均获得了两个电卡制冷温度变化峰,一个位于室温附近,另一个位于其介电峰值温度附近。对于(111)取向的薄膜在室温附近的电卡效应比(100)以及(110)取向的薄膜要大,在1956 kV/cm的电场下其电卡制冷温度变化(ΔT)约20.6 K;相比之下,(100)和(110)取向的薄膜在介电峰值温度(Tm~375 K)附近则展现出更大的电卡制冷温度变化,在1852 kV/cm的电场下,(100)取向薄膜的ΔT约18.8 K,在1230 kV/cm的电场下,(110)取向薄膜的ΔT约20.8 K。当外加电场的方向由正变为负,(100)取向薄膜在Tm温度附近的ΔT将被显着提升至38.1 K。这一实验现象可归结于薄膜制备过程中因衬底与薄膜之间晶格失配产生的面外拉伸应变而导致的自我诱导极化作用。此外,三个取向薄膜均获得了较高的储能密度、较好的储能效率以及较高的温度稳定性。在约2200 kV/cm的电场下,其储能密度分别为 34.6 J/cm(100)、33.0 J/cm(110)和 28.6 J/cm(111),其储能效率分别为 85%(100)、76%(110)和 66%(111)。对于薄膜的电卡制冷与储能效应,除了取向对其有重要影响之外,应用频率对薄膜性能的影响也不容忽视,因此:(2)利用宏观唯象统计模型得到了不同频率下偶极子对薄膜的介电响应的贡献,进而发现了频率变化对薄膜的电卡制冷效应有较大影响。在室温附近(~293 K)和10 kHz下,PZST反铁电薄膜获得了较大的正电卡效应,其ΔT和ΔS分别为13.3 K和-13.6 J/K·kg;在其介电峰值温度附近(~425 K)和100 Hz下,获得了一个较大的负电卡效应,其ΔT和ΔS分别为-5.8 K和4.5 J/K·kg。其正和负电卡效应温度变化绝对值对所施加的频率较为敏感,当频率增加时,其正电卡效应倾向于增加,而负电卡效应则倾向于降低。该现象主要归结于在[111]方向电场诱导作用下薄膜中的四方相向三方相的相转变以及缺陷偶极子的耦合作用。10 kHz下,其电卡制冷效率(COP)和电卡制冷强度(ΔT/ΔE)分别为~3.37和0.01 K·cm/kV。此外,在电场约为2159 kV/cm时,在100 Hz、1 kHz和10 kHz三个频率下,其储能密度分别为~15.7 J/cm3、~16.3 J/cm3和~17.0 J/cm3,储能效率分别为42%、48%和50%。
李嘉豪[2](2021)在《基于圆柱壳体振动陀螺的PZT薄厚膜研究》文中认为圆柱壳体振动陀螺(Cylindrical Vibratory Gyroscope,CVG)具备结构简单、测量精度高以及生产成本相对较低的综合优势,在姿态控制和惯性导航等领域具有广阔的发展应用前景。圆柱壳体振动陀螺的驱动与检测一般通过陀螺电极压电材料层正逆压电效应进行实现,目前采用PZT(锆钛酸铅)片材作为陀螺电极压电层材料仍存在一定不足之处,与MEMS(微机电系统)技术高兼容度的PZT膜材料具有较大研究发展空间。本文以圆柱壳体振动陀螺为研究应用基础,主要针对PZT薄膜及PZT厚膜进行了设计、制备和性能研究。主要研究内容分为四大部分,具体包括:圆柱壳体振动陀螺及PZT薄厚膜理论基础。通过圆柱壳体振动陀螺理论推导和有限元仿真,分析圆柱壳体振动陀螺基于科里奥利力效应及“圆-椭圆”四波腹振动模态的工作原理,同时进行PZT膜材料正逆压电效应原理分析以及PZT薄膜和PZT厚膜的制备与表征方法介绍,为PZT膜材料在圆柱壳体振动陀螺的应用确定理论可行性。PZT薄膜尺寸设计、制备与表征。进行PZT薄膜不同厚度与有效使用面积交叉试验,研究PZT薄膜尺寸与其物理结构和电学性能的关系。设计并使用MEMS技术和溶胶-凝胶法制备具有不同厚度与有效使用面积共15种PZT薄膜样品,对试验样品进行物理结构和电学性能表征,其中对于不同有效使用面积的PZT薄膜,厚度为1092nm(层数为18层)的PZT薄膜铁电性能和漏电性能最为稳定,当薄膜有效使用面积为6×6mm时,剩余极化强度2Pr为16.77μC/cm2,漏电流为6.49×10-8A。PZT薄膜悬臂梁设计、制备与测试。进行PZT薄膜悬臂梁试验,研究PZT薄膜的激励性能。设计了9种具有不同薄膜厚度和有效使用面积的PZT薄膜悬臂梁,对悬臂梁振动模态进行了理论推导和有限元仿真,使用MEMS技术和溶胶-凝胶法完成PZT薄膜悬臂梁的制备,进行悬臂梁振动测试,其中对于1×8mm、1.5×12mm和2×16mm共3种PZT薄膜有效使用面积的悬臂梁,18层PZT薄膜激励性能最佳,一阶特征频率下最大振幅分别达到2.003μm、5.25μm和15.35μm。PZT薄厚复合膜设计、制备与表征。通过分析溶胶-凝胶法制备PZT薄膜和电射流打印法制备PZT厚膜的各自特点,设计PZT薄厚膜结合试验,研制PZT薄厚复合膜,在3种不同厚度PZT薄膜基础上进行PZT厚膜制备,并设置了电射流打印法制备的纯PZT厚膜对照组,试验表明PZT薄厚复合膜相比PZT薄膜及纯PZT厚膜具有更强的压电性能,其压电常数d33达到69.4p C/N。
李彪[3](2021)在《缓冲层引导的溅射PZT薄膜的制备研究》文中提出近些年来,择优取向的PZT薄膜由于良好的介电、铁电以及压电等性能而被广泛应用于能量收集器、红外传感器、铁电存储器以及喷墨打印头等设备中。本文通过磁控溅射法在溶胶凝胶缓冲层上制备PZT薄膜。主要包含以下内容:(1)探究PZT陶瓷靶材的制备工艺。利用固相烧结法制备不同组分的PZT陶瓷靶材,工艺参数为:球磨转速为300 r/min,球磨时长24 h;预烧温度为850℃,保温2 h;烧结温度保持在1050℃,保温2.5 h。以自制靶材为原料得到的PZT薄膜表现出(111)择优取向和完全的钙钛矿结构。(2)研究缓冲层Zr/Ti变化对PZT薄膜性能的影响。制备组分为Pb1.10(Zrx,Ti1-x)O3(x=0.25,0.35,0.45,0.55,0.65,0.75)的溶胶凝胶缓冲层,通过磁控溅射法在缓冲层上沉积组分为Pb1.10(Zr0.52,Ti0.48)O3的PZT薄膜。测试结果表明:缓冲层Zr/Ti增大,薄膜结晶更加困难,x=0.75时,薄膜中出现了焦绿石相;x=0.65时,PZT薄膜具有较强的(111)峰,平均晶粒尺寸最大,为200.7 nm;x=0.65时,样品具有最大的介电常数,εr=959.5以及最佳的铁电性能,Pr=17.0μC/cm2,Ec=42.9 k V/cm。(3)研究Zr/Ti互补的缓冲层组分对PZT薄膜性能的影响,引入组分分别为Pb1.10(Zr1-x,Tix)O3/Pb1.10(Zrx,Ti1-x)O3(x=0.25,0.35,0.45)和Pb1.10(Zr0.52,Ti0.48)O3(Zr/Ti,52/48)的双层缓冲层,采用溅射法在缓冲层上沉积PZT薄膜。x=0.45时,样品具有最高的(100)择优取向,α(100)=89.1%;x=0.45时,PZT薄膜具有致密的柱状结构以及最佳的介电性能,εr=1262.17(1 k Hz)和铁电特性(Pr=24.7μC/cm2)。x=0.45薄膜的漏电流密度最小,J=3.15×10-6 A/cm2(141 k V/cm),约为样品52/48漏电流密度(6.16×10-6 A/cm2)的1/2。(4)研究具有不同Pb含量的PZT薄膜交替沉积层数对薄膜性能的影响。使用RF磁控溅射法在Pb1.10(Zr0.52,Ti0.48)O3溶胶凝胶缓冲层上制备了由Pb1.10(Zr0.52,Ti0.48)O3和Pb1.25(Zr0.52,Ti0.48)O3构成的多层薄膜。所有薄膜具备单一的钙钛矿相和(111)择优取向。在样品L-8中得到最佳的介电性能,εr=1092(1 k Hz)。样品L-8的呈现饱和的P-E滞后曲线。在117 k V电场强度下,L-8薄膜具有最小的漏电流密度,J=5.49×10-6A/cm2。(5)测量PZT薄膜的压电系数,制备PZT压电微执行器并测量其振动性能。通过悬臂梁法测量缓冲层结构为Pb1.10(Zr1-x,Tix)O3/Pb1.10(Zrx,Ti1-x)O3的PZT薄膜的横向压电系数e31;以MEMS技术制备压电微执行器,利用激光多普勒系统表征微执行器的振幅。测得样品x=0.45具有最大压电系数和振幅。
司卓林[4](2021)在《Bi0.5Na0.5Ti1-xFexO3-δ/NiFe2-xNdxO4无铅磁电复合薄膜的制备和性能研究》文中指出目前,市面上广泛应用的磁电复合薄膜的铁电相是Pb(Zr1-xTix)O3(PZT),由于铅对人类健康和环境损害较大,因此急需研究新型无铅磁电复合薄膜来代替铅基复合薄膜。本文用溶胶凝胶法在Pt基片上制备了无铅的磁电复合薄膜,研究了其铁电相、铁磁相以及磁电耦合性能。首先用溶胶凝胶法结合旋涂匀胶技术在Pt(111)/Ti/Si O2/Si基片上制备(Bi0.5Na0.5)TiO3(BNT)的铁电薄膜,随后制备了不同层数的BNT薄膜,探究层数对其形貌、相组成、电性能的影响,然后制备不同Fe3+掺杂的4层的BNT薄膜。对铁磁相,用Nd3+对铁磁相Ni Fe2O4(NFO)进行掺杂改性,用溶胶凝胶法结合旋涂匀胶技术在Pt(111)/Ti/Si O2/Si基片上制备不同Nd3+掺杂量的NFNO薄膜,最后,选取Bi0.5Na0.5Ti0.98Fe0.02O3和Ni Fe1.98Nd0.02O4作为铁磁和铁电相,通过改变铁电相和铁磁相沉积顺序,在基片上制备了两种磁电复合薄膜。结果表明:对于铁电相700℃退火后的BNT薄膜无明显的第二相存在,而且薄膜表面平整、结构致密;当薄膜层数为4层时,其表面平整、致密度高、漏电流最低,剩余极化强度最大;随着Fe3+的掺杂量的增加,漏电流密度先降低后增大,而剩余极化强度先增加后减小,当Fe3+的掺杂量为0.02时,薄膜表面平整、界面清晰,具有最低的漏电流密度(2.026×10-6A·cm-2)和最大的剩余极化强度(Pr=25.2μC·cm-2),表明具有良好的绝缘性和铁电性。对于铁磁相Nd3+掺杂没有改变薄膜相组成,在Nd3+掺杂量为0.02时,薄膜的表面最为平整,致密度高,界面清晰,而且有最大的饱和磁化强度(Ms=282.4 emu/cm3)。复合薄膜和单相薄膜相比,复合结构的磁电复合薄膜的剩余极化强度和饱和磁化强度较低。两种不同沉积顺序复合薄膜比较,先沉积铁电相的复合薄膜的剩余极化强度大,磁饱和强度大,拥有较大的磁电电压系数,其磁电耦合系数为169.7m V·cm-1·Oe-1。
于舜尧[5](2021)在《应力光开关压电PZT薄膜驱动层的制备与研究》文中认为光开关是实现电路通断的主要器件。目前,利用热-光效应制作的光开关功率约200-500mw,调制速度0.5-1k Hz,但对于大量需要光开关控制的设备,如微波光子等,迫切需要将单个光开关功耗降至nw级别;而对于需要快速控制光路的设备,热光开关也限制了其性能发展。针对这一问题,研究学者提出利用应力-光效应,在光开关波导结构上沉积一层压电材料来实现对波导结构的应力主动控制,其中的压电材料,选用具有较大横向压电系数,并在微机电中广泛使用的压电PZT薄膜,最终实现调制速度达到1–5k Hz,功耗仅为20uw。然而在应力光开关制备过程中,磁控溅射法沉积的压电PZT薄膜与光开关波导层兼容性较差,导致薄膜性能下降,难以为光开关提供足够的应力驱动;同时,腐蚀法制备的光开关上电极,尺寸线宽较大、易断裂,使得薄膜应力驱动范围增大,波导层受力不均,应力光开关性能大打折扣。本文基于常用MZI型光开关,在其上设计一种具有较大长宽比上电极的压电PZT薄膜驱动层,利用压电PZT薄膜的逆压电特性及上电极尺寸控制薄膜驱动应力范围,实现对光开关波导层有效控制,改变其内部有效折射率。使用Comsol对该结构进行仿真分析,探究上电极宽度及压电PZT薄膜厚度对波导层有效折射率的影响,结果表明,当其他条件不变时,上电极宽度为5um时,波导层有效折射率仿真效果最优;上电极宽度不变时,有效折射率随着PZT厚度增大而增强。根据压电PZT薄膜驱动层的结构,设计了对应的工艺流程及掩模版。研究了使用溶胶凝胶法在光开关波导层上制备大面积压电PZT薄膜的工艺,并成功在波导层上制备出面积较大、性能优良的压电PZT薄膜,有效解决了压电驱动层与波导层工艺兼容性问题。随后,针对仿真对上电极尺寸的工艺需求,使用双层光刻胶剥离工艺代替腐蚀工艺,在压电PZT薄膜上制备长8000μm,宽仅5um的上电极,有效地将结构仿真与制作工艺相结合,最终完成应力光开关压电PZT薄膜驱动层的制作。最后对压电PZT薄膜进行形貌结构表征及电学性能测试,测试结果表明压电PZT薄膜厚约1.2μm,表面较为平整,最大粗糙度仅5nm,主要沿110晶向生长,择优取向度为75.47%;可以在至少30V电压下工作,漏电流约为1×10-7A;纵向压电应变常数为21.4p C/N;铁电回线图形均匀,饱和性较好,剩余极化强度可达22.5μc/cm2。当频率为10000Hz时,介电常数为725,介电损耗仅为0.05。证明在光开关波导层上制备的压电PZT薄膜性能优良,兼容性好,可以为应力光开关提供有效驱动。
王奥培[6](2020)在《CFO/PMN-PT多铁复合薄膜的设计制备及磁电耦合机理》文中指出多铁性材料可以同时实现力-电荷-自旋的多重耦合因而允许通过外场来控制其铁电性和铁磁性,相比于传统的铁电存储和磁记录材料,多铁材料在性能控制上具有更高的自由度,在信息存储领域具有广泛的应用前景。在多铁材料体系中,由薄膜构成的异质结和复合薄膜满足了对器件集成化和微型化的要求,且在室温下能够表现出磁电耦合性能,研究多铁材料中两相复合方式对磁电效应的作用,具有重要的意义。本文以Co Fe2O4/Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb TiO3(CFO/PMN-PT)为研究对象,分别采用溶胶-凝胶法和脉冲激光沉积法制备了磁电复合体系,对比不同制备方式以及不同复合结构的磁电体系,对其正磁电行为、逆磁电行为、铁电性的起源、磁性及各向异性的演化等方面进行了系统的研究。利用平均法模型对CFO/PMN-PT复合薄膜正磁电性能进行了预测,表明在该体系中能够获得较强的磁电耦合作用。采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/Si O2/Si基底上分别以纯相溶胶和混合溶胶为前驱体,制备了CFO/PMN-PT的层状复合薄膜和颗粒型复合薄膜。对颗粒型复合薄膜的铁电及铁磁性测试表明,退火温度及反应气氛对性能具有显着地影响,在730°C、空气气氛以及CFO和PMN-PT摩尔比为3:1时得到最大正磁电系数2.7m V/cm·Oe。其中薄膜剩磁比和剩余极化强度随外界条件的变化趋势相似,证明了铁电性和铁磁性之间的内在联系,有利于增强复合薄膜的磁电耦合效应,与理论预测结果相符。对层状复合薄膜铁电性测试表明,当以PMN-PT为起始层时具有更好的铁电性能,在9V电压下最大剩余极化强度为12.8μC/cm2。其正磁电效应测试表明,PMN-PT为最上层时具有较强的磁电耦合作用,且增加复合的层数会导致磁电耦合效应的减弱,层状复合薄膜的正磁电系数最大为0.52m V/cm·Oe。针对在STO(100)单晶上生长的PMN-PT薄膜,研究了SRO缓冲层对PMN-PT薄膜的作用。结果表明缓冲层有利于提高PMN-PT薄膜的铁电性,其中SRO的生长模式为层状向岛状演化,而SRO层状生长模式对PMN-PT薄膜的铁电性更有利。对薄膜在温度场下的结构变化和铁电行为分析,认为随着温度的升高,PMN-PT依次发生从单斜相到四方相再到立方相的变化,而低温下薄膜铁电性的变化与介电损耗相关。研究薄膜性能的尺寸效应,电畴随着薄膜厚度的增加而不断发生变化,获得了薄膜铁电非挥发性的临界厚度(6nm)。通过脉冲激光沉积法在SrTiO3(100)(STO)单晶上生长CFO薄膜,改变生长条件可分别获得(400)取向的外延薄膜和(222)取向的非外延薄膜。在PMN-PT(110)单晶衬底上生长CFO薄膜时,由于较小的失配度而只得到(220)取向的外延薄膜。薄膜由于受到衬底的应力作用而表现出面内各向异性和垂直各向异性,其中CFO薄膜的面内矫顽场随磁场方向的旋转而在791Oe和1526Oe之间连续变化。对CFO/PMN-PT异质结逆磁电行为进行研究,表明薄膜的磁矫顽场和面内各向异性场均随着外加电压的变化而变化,其中各向异性场的可调范围是841Oe至608Oe,从理论推导和实验结果上共同证明了外电压作用下CFO薄膜矫顽场变化量和PMN-PT单晶应变之间的线性关系。此外,观察到薄膜的面内磁化方向在电压作用下可以实现反向,结果表明在CFO/PMN-PT异质结中的磁电耦合机制基于衬底与薄膜之间应力/应变的传递。在STO(100)单晶上制备高度外延的CFO/PMN-PT复合薄膜,其中CFO薄膜随着厚度的增加,薄膜磁性由垂直各向同性变为垂直各向异性。研究了薄膜厚度对磁光克尔性能的作用,控制PMN-PT和CFO层和厚度可以观察到明显的逆磁电行为,增加厚度从200nm到300nm时,CFO薄膜矫顽场的电场可调范围可以从60Oe提高到100Oe,但不改变剩磁比的可调范围。在复合薄膜中可观察到两种磁电耦合作用机制,即应力传递机制和极化电荷机制,其中前者占主导地位,后者随薄膜厚度增加而减弱。
王武[7](2020)在《PZT气凝胶涂层的制备及性能研究》文中进行了进一步梳理压电陶瓷在水声换能器中有着广泛的应用。锆钛酸铅(PZT)陶瓷因其压电性能优良、居里点高及稳定性好等优点而成为压电陶瓷家族中最重要的一员。但是,不论是PZT多晶压电陶瓷还是其复合材料均具有体密度大、声阻抗高、脆性大、在界面处反射损耗大而难以与水负载匹配以及横向耦合过强等特点。另外,致密陶瓷的静水压压电系数(dh)和静水压电压系数(gh)都比较小,使得水声换能器的信号驱动能力和灵敏度较低,从而使得致密压电陶瓷在水声换能器上的应用有限。鉴于此,急需开发出新型压电材料,以满足水声换能器的现代应用需求。压电气凝胶及其复合涂层以其低密度、高孔隙率以及易于与空气、生物体及水的声阻抗匹配等特性,将非常适合应用于水声换能器以提高其综合性能。为此,本论文对PZT气凝胶及其复合涂层的制备工艺和性能进行了研究。首先,以三水合醋酸铅、正丙醇锆、钛酸四丁酯分别作为PZT溶胶前驱体的铅源、锆源和钛源,用乙二醇单甲醚作为溶剂,在传统溶胶-凝胶工艺的基础上,通过控制凝胶促进剂的加入量和加入时间(简称两步催化法)成功制备出PZT湿凝胶,再经过二氧化碳超临界干燥制备出PZT气凝胶,并对该气凝胶的形貌、成分、稳定性、比表面积及孔径分布等进行了研究,经研究发现所制备的PZT气凝胶比表面积为260.03 m2/g、最可几孔径为104.1 nm,含有杂相PbCO3。其次,研究了不同退火温度对所制备的PZT气凝胶的比表面积、孔径分布及成分的影响,其中,退火温度为350-700℃、升温间隔为50℃、退火时间为4 h,并分析了退火样品的成分、形貌、比表面积和孔径分布。研究发现在550℃退火处理4 h,气凝胶样品开始由无定形向钙钛矿相转变,样品的比表面积降到29.34 m2/g,最可几孔径为230 nm;气凝胶样品的比表面积和吸附总孔体积随着退火温度的升高而减小,最可几孔径随着退火温度的升高增大。再次,鉴于常规方法制备的PZT气凝胶存在因溶胶不稳定而难以获得高质量的气凝胶或稳定溶胶无法凝胶等问题,本论文进行探索与创新,将溶胶-凝胶法和溶剂热法相结合(简称溶胶-溶剂热法)快速制备出高质量PZT气凝胶:在溶胶阶段在溶胶中加入乙酰丙酮作为稳定剂制备出在常温常压条件下极稳定的溶胶,再将制得的稳定溶胶经升温加压使其在较短时间内凝胶,最终制备出质量较好的PZT湿凝胶和气凝胶。探索了溶胶-溶剂热法中反应温度和反应时间对所制气凝胶的比表面积及孔径结构的影响,研究了该气凝胶的表面形貌、成分、稳定性及其比表面积和孔径分布。研究发现,在220℃下反应4 h制备的PZT气凝胶的比表面积最大为323.1 m2/g,最可几孔径为44.6 nm,仍然含有杂相PbCO3。此外,为了除去所制PZT气凝胶中的杂相,同时又使晶化不会造成PZT气凝胶过多孔洞结构破坏,在两步催化法晶化处理的基础上,选择如下晶化条件:550-800℃晶化温度、50℃为升温间隔、退火时间为0.5 h。同时,研究该晶化气凝胶样品的形貌、成分、比表面积和孔径结构。研究发现,气凝胶样品在600℃下退火处理0.5 h后开始向钙钛矿相转变,样品的比表面积降到55.1 m2/g,并且随着退火温度的升高,样品的比表面积开始降低。退火处理后,虽然除去了PbCO3杂质,仍然含有ZrO2、PbO、PbO2等杂质。最后,为了克服PZT气凝胶的脆性而难以应用的局限性,制备了PZT气凝胶涂层,并研究掺杂SiO2气凝胶粉体、PZT陶瓷粉体及涂层的层数对PZT气凝胶涂层压电和介电性能的影响。研究发现,在PZTA/PVDF复合涂层中添加PZT陶瓷粉体可以提高复合涂层的压电性能;在复合涂层中添加SiO2气凝胶粉体、增加复合涂层的层数会提高复合涂层的剩余极化强度;在复合涂层中添加SiO2气凝胶粉体能够提高复合涂层的介电常数和介电损耗;增加复合涂层的层数能减小涂层的介电常数和介电损耗。
陈茜[8](2020)在《PZT铁电薄膜的畴结构调控及改性研究》文中认为由于锆钛酸铅(PZT)铁电薄膜具有剩余极化大、开关速度快,并且在外部电场中可以保持极化状态的特性,已广泛应用于非易失性铁电随机存储器(FRAM)设备。FRAM在执行多次重复读写过程因为能量耗散会产生大量的热,这就要求铁电薄膜必须在一定温度范围内可靠性良好且铁电性能良好。本论文是关于PZT铁电薄膜的制备、可靠性验证及改性研究。论文利用溶胶-凝胶法在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底和导电金属氧化物镍酸镧(LNO)衬底上制备了Pb(Zr0.3Ti0.7)O3(PZT)铁电薄膜,对Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上PZT薄膜进行了Mn掺杂。利用压电力显微镜(PFM)微观表征了PZT薄膜的畴结构,分析了PZT薄膜的微观结构和电学性能。研究表明在2070℃温度范围内PZT/Pt薄膜铁电性能良好,具有一定的可靠性。对于Mn掺杂的PZT薄膜,少量的Mn取代了A位(Pb2+)形成施主掺杂,掺杂浓度超过0.01时取代B位(Zr4+/Ti4+)形成受主掺杂。0.01 Mn掺杂的PZT薄膜相对于未掺杂样品剩余极化(Pr),矫顽电压(Vc)和压电常数(Dmax)分别增加了125%,28.1%和65%。对于LNO底电极诱导生长的PZT/LNO薄膜,畴结构更加多样复杂化在面内存在条形畴结构,相比于PZT/Pt薄膜Vc降低了9.28%,Pr增加了69.173%,Dmax提升了78.36%。研究发现溶胶凝胶法制备的PZT铁电薄膜在2070℃温度范围内具有一定的可靠性。Mn掺杂有效提高了PZT薄膜的剩余极化强度和压电效应,但矫顽电压会增大,不利于材料的应用。LNO代替Pt作为底电极可以增强PZT薄膜的铁电特性和压电特性,在保证极化强度增强的基础上会降低极化反转的电压。这对进一步研究PZT铁电薄膜在FRAM应用具有十分重要的指导意义。
宋建民[9](2020)在《钙钛矿铁电薄膜异质结的结构及光、电性能研究》文中研究指明现代工业和国民经济的发展对高性能功能材料和器件的需求与日俱增,其研发在国民经济、高科技领域中占据越来越重要的地位。铁电薄膜材料具有良好的铁电、压电、光电及非线性光学等特性,可广泛应用于微电子、光电子、集成光学、太阳能等领域,是目前高新技术研究的前沿和热点之一。本文工作采用不同方法构架了Pb(Zr0.4Ti0.6)03(PZT)、(Na0.5Bi0.5)Ti03(NBT)和 BiFe03(BFO)钙钛矿铁电薄膜异质结,研究了铁电薄膜异质结的结构、电学性能和光学性能。1、在LaA103(LAO)基片上,通过引入2 nm Ti3Al超薄缓冲层/模板,构架了外延SRO/PZT/SrRu03(SRO)/Ti3Al/LAO 异质结,研究了 Ti3Al 缓冲层的引入对SRO/PZT/SRO的结构和性能的影响。研究发现超薄Ti3Al层极大地提高了SRO/PZT/SRO异质结的外延质量。相对于直接外延在LAO上而言,PZT(002)的衍射峰增强,全宽半高由0.972°降为0.911°。X射线衍射和透射电子显微镜的研究发现超薄Ti3Al缓冲层有效降低了 PZT薄膜内的刃型位错密度NE,NE由3.83×1010/cm2减小为3.10×1010/cm2。SRO/PZT/SRO异质结的剩余极化强度2Pr由122.1 μC/cm2增大到136.7 μC/cm2,但是矫顽电压2Vc由2.9 V减小到2.6 V,矫顽电压的减小有利于小功耗铁电器件的制备。铁电光伏效应研究发现:Ti3Al层引入提高了短路电流Jsc、开路电压Voc和转换效率,归因于PZT薄膜极化强度的增强。PZT薄膜的极化反转可以调控开路电压Voc和短路电流Jsc。Jsc随光强增加而线性增大,而Voc随光强增加先线性减小后趋于定值0.27 V。2、采用磁控溅射法,在SrTi03(STO)基片上构架了(00l)取向外延钙钛矿结构BFO/La0.5Sr0.5Co03(LSCO)/STO异质结。X射线光电子能谱研究发现BFO薄膜中的铁元素以Fe3+价态存在。Pt/BFO/LSCO异质结表现出I-V阻变存储特征,机制为载流子在界面势阱中的填充和脱陷。Pt/BFO/LSCO异质结光伏效应可受外场极化调控。随着温度的增加,V。。线性减小。光伏效应调控与BFO厚度密切相关,随着厚度增加,主导机制呈现出由界面势垒主导向铁电极化主导的转变规律。3、采用磁控和脉冲激光沉积法,构架了 NBT/LSCO/STO异质结,研究了异质结的结构和性能。研究发现:650℃最佳温度下制备的NBT薄膜为高质量的(00l)外延结构。LSCO/NBT/LSCO异质结电容器具有小的矫顽场47 kV/cm,相对大的剩余极化强度15.6 μC/cm2,有效压电系数d33为145 pm/V。研究了取向对Pt/NBT/LSCO的影响规律,结果发现(111)、(110)和(001)NBT 薄膜的 2Pr 分别为 87.5μC/cm2、62.6μC/cm2和28.5 μC/cm2,(111)取向具有最佳的铁电性能。光学性能研究表明:光电效应极化调控与NBT薄膜取向密切相关,调控强度(111)NBT>(110)NBT>(001)NBT。4、采用磁控与脉冲激光共溅射方法,在STO衬底上制备了 BFO体积分数为3:25的BFO:NBT(200 nm)外延复合薄膜。XRD和AFM的研究发现:BFO的复合,增大了NBT薄膜C轴晶格常数和晶粒尺度,减小了表面粗糙程度。电学性能研究表明:BFO的引入提高了 NBT的铁电性能,Pr增加了 20.6 μC/cm2。BFO:NBT薄膜具有更大的有效储能密度Wrec=44.0 J/cm3,为NBT薄膜的1.8倍,且Wrec具有良好的热稳定性和小的频率依赖性。光学性能研究发现:BFO:NBT薄膜具有外场极化调控的光电效应,Voc和Jsc分别为Voc=-0.44 V和Jsc=10.8 μA/cm2,与NBT薄膜比较,Voc增加了 0.25 V。
黄鹤洋[10](2020)在《Pt-Pb(Zr0.52Ti0.48)O3纳米复合薄膜的制备及其电学性能》文中研究表明锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O3)铁电薄膜材料由于具有优异的铁电和介电性能,使得该材料在非易失性存储器、太阳能电池和高能量密度电容器等应用领域十分广泛。由于该材料主要是通过铁电极化反转来实现其功能特性,所以,如何提高其铁电性能成为研究热点。本论文以Pt金属粒子与Pb(Zr0.52Ti0.48)O3复合制备Pt-Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(Pt-PZT)复合薄膜,以期提高薄膜的铁电性能。本论文首先采用溶胶-凝胶法成功制备了Pt-PZT纳米复合薄膜,系统研究了Pt复合量对Pt-PZT纳米复合薄膜晶体结构、微观结构、铁电性能和介电性能的影响。结果发现,粒径约5nm的Pt粒子以单质形式存在于Pt-PZT纳米复合薄膜中,当Pt摩尔分数为1.2mol%时,剩余极化值可达47μC/cm2,比纯的PZT薄膜增加了42.4%,同时,介电常数也提高了120%,表明添加适量Pt纳米粒子可以使薄膜的铁电性能显着提高。通过在四种不同的退火温度下对非晶态Pt-PZT纳米复合薄膜的晶化处理,研究了Pt纳米颗粒对Pt-PZT纳米复合薄膜结晶过程的影响。结合结晶动力学研究和实验表征发现,计算得到的Avrami系数n值约为0.85,说明复合薄膜的结晶过程受晶粒生长控制,晶核沿薄膜厚度方向一维生长,形成柱状晶粒。Pt粒子作为异质形核点促进PZT的形核结晶,使结晶激活能降低为176KJ/mol,远低于PZT薄膜,由此确定了Pt在Pt-PZT纳米复合薄膜结晶过程中的促进作用。以Pt层作为中间层夹在PZT层中,成功制备了三明治结构的层状Pt-PZT纳米复合薄膜,考察了中间层Pt的浓度对Pt-PZT纳米复合薄膜的制备和性能的影响。结果表明,Pt浓度为0.01mol/L制得的Pt-PZT层状复合薄膜,层状三明治结构清晰可见,且复合薄膜的PZT晶粒均为柱状晶,说明中间Pt粒子层进一步促进了PZT柱状晶粒的生长。由于Pt与PZT的复合可引起局部电场增强,层状复合薄膜的剩余极化值比纯PZT薄膜明显增加,说明贵金属Pt纳米复合是实现PZT铁电极化性能提高的有效手段。
二、用溶胶-凝胶法制备PZT铁电薄膜(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、用溶胶-凝胶法制备PZT铁电薄膜(论文提纲范文)
(1)铅基铁电薄膜的电卡及储能效应研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 铁电材料的分类 |
1.2.1 铁电材料 |
1.2.2 反铁电材料 |
1.2.3 弛豫铁电材料 |
1.2.4 钙钛矿、钨青铜结构 |
1.2.5 位移型、有序-无序型 |
1.3 铁电材料的制备方法 |
1.3.1 陶瓷材料的制备方法 |
1.3.2 薄膜材料的制备方法 |
1.3.3 厚膜材料的制备方法 |
1.4 铁电材料的应用 |
1.4.1 能量储存 |
1.4.2 电卡制冷 |
1.4.3 介电调谐 |
1.4.4 其他应用 |
1.5 本论文的研究意义及内容 |
第二章 实验的制备与表征技术 |
2.1 实验原材料 |
2.1.1 铁酸铋和镧共掺杂的锆钛酸铅薄膜的实验原料 |
2.1.2 铌掺杂的锆锡钛酸铅薄膜实验原料 |
2.2 实验所需仪器设备 |
2.3 实验材料的制备 |
2.3.1 薄膜的制备 |
2.3.2 电极的制备 |
2.4 材料的表征技术 |
2.4.1 形貌与结构 |
2.4.2 介电性能 |
2.4.3 铁电性能 |
2.5 本章小结 |
第三章 铁酸铋和镧共掺杂的锆钛酸铅外延薄膜的电学性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验结果与讨论 |
3.2.1 形貌结构表征 |
3.2.2 介电性能研究 |
3.2.3 电卡性能分析 |
3.2.4 储能性能分析 |
3.3 本章小结 |
第四章 铌掺杂的锆锡钛酸铅反铁电薄膜的电学性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验结果与讨论 |
4.2.1 形貌结构表征 |
4.2.2 介电性能研究 |
4.2.3 电卡性能分析 |
4.2.4 储能性能分析 |
4.3 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 论文总结 |
5.2 工作展望 |
5.3 本论文的创新点 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间取得的学术成果 |
(2)基于圆柱壳体振动陀螺的PZT薄厚膜研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景与意义 |
1.2 圆柱壳体振动陀螺研究现状 |
1.3 PZT薄厚膜研究现状 |
1.4 研究目的与研究内容 |
2 圆柱壳体振动陀螺及PZT薄厚膜理论基础 |
2.1 圆柱壳体振动陀螺工作原理 |
2.2 圆柱壳体振动陀螺仿真分析 |
2.3 PZT薄厚膜工作原理及制备与表征方法 |
2.4 本章小结 |
3 PZT薄膜尺寸设计、制备与表征 |
3.1 PZT薄膜尺寸设计 |
3.2 PZT薄膜制备 |
3.3 PZT薄膜表征 |
3.4 本章小结 |
4 PZT薄膜悬臂梁设计、制备与测试 |
4.1 PZT薄膜悬臂梁设计 |
4.2 PZT薄膜悬臂梁制备 |
4.3 PZT薄膜悬臂梁测试 |
4.4 本章小结 |
5 PZT薄厚复合膜设计、制备与表征 |
5.1 PZT薄厚复合膜设计与制备 |
5.2 PZT薄厚复合膜表征 |
5.3 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(3)缓冲层引导的溅射PZT薄膜的制备研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 PZT薄膜的发展历程及应用研究 |
1.1.1 PZT薄膜的发展历程 |
1.1.2 PZT薄膜的应用研究 |
1.2 PZT的结构和性质 |
1.3 PZT薄膜的制备和研究现状 |
1.3.1 PZT薄膜的制备 |
1.3.2 PZT薄膜的研究现状 |
1.4 论文研究意义和内容 |
2 PZT薄膜的制备流程与性能表征 |
2.1 PZT薄膜的制备流程 |
2.1.1 基底的制备 |
2.1.2 电极的制备 |
2.1.3 Sol-gel缓冲层制备 |
2.1.4 磁控溅射法沉积PZT薄膜 |
2.2 PZT薄膜性能表征 |
2.2.1 薄膜厚度测试 |
2.2.2 PZT薄膜晶向测试 |
2.2.3 PZT薄膜的微观形貌表征 |
2.2.4 介电性能的测试 |
2.2.5 铁电和漏电流性能表征 |
2.2.6 微执行器振动性能测试 |
2.3 本章小结 |
3 底电极、缓冲层及PZT陶瓷靶材的制备 |
3.1 底电极、缓冲层的制备与表征 |
3.1.1 底电极的制备与表征 |
3.1.2 PZT缓冲层的制备与表征 |
3.2 PZT靶材的制备和测试 |
3.2.1 原材料和设备 |
3.2.2 称料和球磨 |
3.2.3 预烧和二次球磨 |
3.2.4 靶材的成型和烧结 |
3.2.5 PZT靶材性能测试 |
3.3 本章小结 |
4 磁控溅射法制备和表征PZT薄膜 |
4.1 缓冲层Zr/Ti不同的PZT薄膜的制备与表征 |
4.1.1 Zr/Ti不同的PZT缓冲层的制备 |
4.1.2 缓冲层Zr/Ti对 PZT薄膜晶向的影响 |
4.1.3 缓冲层Zr/Ti对 PZT薄膜微观结构的影响 |
4.1.4 缓冲层Zr/Ti对 PZT薄膜介电性能的影响 |
4.1.5 缓冲层Zr/Ti对 PZT薄膜铁电和漏电流特性的影响 |
4.2 缓冲层Zr/Ti互补的PZT薄膜的制备和测试 |
4.2.1 缓冲层Zr/Ti互补的PZT薄膜的制备 |
4.2.2 薄膜的晶向测试 |
4.2.3 薄膜的微观形貌 |
4.2.4 薄膜介电性能测试 |
4.2.5 薄膜铁电和漏电流特性 |
4.3 PZT多层薄膜的制备和表征 |
4.3.1 PZT多层薄膜的制备 |
4.3.2 PZT多层薄膜的晶向表征 |
4.3.3 PZT多层薄膜的微观形貌测试 |
4.3.4 PZT多层薄膜的介电性能测试 |
4.3.5 PZT多层薄膜的铁电和漏电流特性测试 |
4.4 本章小结 |
5 压电系数测量及微执行器的制备和测试 |
5.1 PZT薄膜横向压电系数的测量 |
5.2 PZT微执行器的制备和测试 |
5.2.1 PZT微执行器的制备 |
5.2.2 PZT微执行器振动性能测试 |
5.3 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(4)Bi0.5Na0.5Ti1-xFexO3-δ/NiFe2-xNdxO4无铅磁电复合薄膜的制备和性能研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 磁电材料 |
1.2.1 磁电耦合效应和磁电材料的概述 |
1.3 铁电材料的概述 |
1.3.1 铁电材料的基本特性 |
1.3.2 铁电材料的分类 |
1.4 铁磁材料的概述 |
1.4.1 铁磁材料的基本特性 |
1.4.2 常用的铁磁材料 |
1.5 磁电复合薄膜 |
1.5.2 磁电耦合效应机制 |
1.5.3 磁电复合薄膜现存问题 |
1.5.4 磁电复合薄膜的结构类型 |
1.5.5 磁电复合薄膜制备可行的方法 |
1.6 本论文的研究意义及内容 |
第二章 实验所用的测试仪器、材料和表征方法 |
2.1 实验所用仪器和材料 |
2.2 实验表征手段以及相关仪器 |
2.2.1 同步热分析仪STA449F3 |
2.2.2 转靶X射线衍射仪(Rigaku D/MAX2500VL/PC) |
2.2.3 场发射扫描电子显微镜(SU8020) |
2.2.4 显微共焦激光拉曼光谱仪(I-Raman plus,B&W Tek Inc.,USA) |
2.2.5 X射线光电子能谱仪(ESCALAB250Xi) |
2.2.6 铁电测试仪(Radiant Precision LC,Radiant Technology,USA) |
2.2.7 原子力显微镜(Dimension Icon) |
2.2.8 半导体测试仪(4200-SCS,Keithley,USA) |
2.2.9 磁学测量系统(SQUID-VSM,Quantum Design,USA) |
2.2.10 磁电电压系数测试系统 |
第三章 旋涂层数对Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜结构和性能的影响 |
3.1 引言 |
3.2 Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜以及粉体制备流程 |
3.3 最佳退火温度的确定 |
3.3.1 不同退火温度的 Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3粉体的 XRD谱 |
3.3.2 不同退火温度的 Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3粉体的 XRD谱 |
3.3.3 不同退火温度的Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的表面SEM像 |
3.3.4 不同退火温度的 Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的 SEM断面像 |
3.4 薄膜的最佳膜厚 |
3.4.1 不同旋涂层数的 Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的 XRD谱 |
3.4.2 不同旋涂层数的Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的表面SEM像 |
3.4.3 不同旋涂层数的Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的表面SEM像 |
3.4.4 不同旋涂层数的Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的电性能 |
3.4.5 不同旋涂层数的Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的电性能 |
3.5 本章小结 |
第四章 Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的掺杂改性 |
4.1 引言 |
4.2 BNTF_x薄膜的制备 |
4.3 薄膜最佳掺杂量的确定 |
4.3.1 不同Fe~(3+)掺杂量的 Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的 XRD谱 |
4.3.2 不同Fe~(3+)掺杂量的Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的表面SEM像 |
4.3.3 不同Fe~(3+)掺杂量的Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的表面SEM像 |
4.3.4 不同Fe~(3+)掺杂量的Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的表面粗糙度分析 |
4.3.5 不同Fe~(3+)掺杂量的Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的拉曼光谱分析 |
4.3.6 不同Fe~(3+)掺杂量的Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的电性能 |
4.3.7 不同Fe~(3+)掺杂量的Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3薄膜的电性能 |
4.3.8 Na_(0.5)Bi_(0.5)Ti_(1.98)Fe_(0.02)O_3薄膜的XPS分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 铁磁相NiFe_(2-x)Nd_xO_4薄膜的制备和表征 |
5.1 引言 |
5.2 NiFe_(2-x)Nd_xO_4薄膜以及粉体制备方法 |
5.3 实验原料以及主要使用仪器 |
5.4 实验结果分析 |
5.4.1 NiFe_2O_4干凝胶的差热-热重分析 |
5.4.2 不同退火温度的 NiFe_2O_4粉体的 XRD谱 |
5.4.3 不同Nd~(3+)掺杂量的 NiFe_2O_4薄膜的 XRD谱 |
5.4.4 不同Nd~(3+)掺杂量的NiFe_2O_4薄膜的拉曼光谱分析 |
5.4.5 不同Nd~(3+)掺杂的NiFe_2O_4薄膜的表面SEM像 |
5.4.6 不同Nd~(3+)掺杂的NiFe_2O_4薄膜的表面SEM像 |
5.4.7 不同Nd~(3+)掺杂量的NiFe_2O_4薄膜的表面粗糙度分析 |
5.4.8 不同Nd~(3+)掺杂量的NiFe_2O_4薄膜的铁磁性 |
5.4.9 NiFe_(1.98)Nd_(0.02)O_4薄膜的XPS分析 |
5.5 本章总结 |
第六章 磁电复合薄膜的制备及性能研究 |
6.1 引言 |
6.2 磁电复合薄膜的制备方法 |
6.3 实验结果分析 |
6.3.1 BN和 NB复合薄膜的XRD谱 |
6.3.2 复合薄膜NB、BN的 SEM形貌分析 |
6.3.3 复合薄膜NB、BN的 J-E曲线 |
6.3.4 复合薄膜NB、BN的电滞回线 |
6.3.5 复合薄膜NB、BN的磁滞回线 |
6.3.7 复合薄膜NB、BN的磁电耦合效应 |
6.4 本章总结 |
第七章 总结 |
展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间的学术成果 |
(5)应力光开关压电PZT薄膜驱动层的制备与研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 光开关发展现状 |
1.3 压电PZT薄膜的发展现状 |
1.4 本文的研究目的与研究内容 |
2 压电PZT薄膜驱动层的结构设计与仿真分析 |
2.1 压电PZT薄膜驱动层的结构设计及工作原理 |
2.1.1 压电PZT薄膜驱动层的结构设计 |
2.1.2 压电PZT薄膜驱动层的工作原理 |
2.2 压电PZT薄膜驱动层的建模及仿真 |
2.2.1 压电PZT薄膜驱动层的模型构建 |
2.2.2 压电PZT薄膜驱动层的仿真分析 |
2.3 本章小结 |
3 压电PZT薄膜驱动层的工艺设计及制备 |
3.1 压电PZT薄膜驱动层制备工艺设计 |
3.1.1 工艺流程设计 |
3.1.2 掩膜版设计 |
3.2 压电PZT薄膜驱动层制备 |
3.2.1 压电PZT薄膜的制备 |
3.2.2 上电极的制备 |
3.3 本章小结 |
4 压电PZT薄膜的性能测试 |
4.1 压电PZT薄膜形貌与结构表征 |
4.2 压电PZT薄膜电学性能测试及分析 |
4.3 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(6)CFO/PMN-PT多铁复合薄膜的设计制备及磁电耦合机理(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.2 多铁性材料的发展现状 |
1.2.1 单相多铁性材料的发展现状 |
1.2.2 复合多铁性材料的发展现状 |
1.3 复合多铁性材料的磁电耦合机制 |
1.3.1 应力应变机制 |
1.3.2 界面电荷效应 |
1.3.3 交换偏置作用 |
1.4 多铁性材料的应用 |
1.4.1 磁存储器件中的应用 |
1.4.2 微波电子器件中的应用 |
1.4.3 磁传感器件中的应用 |
1.5 本论文的选题和研究内容 |
第2章 试验材料与研究方法 |
2.1 试验原始材料 |
2.2 多铁性复合薄膜制备工艺 |
2.2.1 Sol-Gel制备CFO/PMN-PT复合薄膜 |
2.2.2 PLD法制备CFO/PMN-PT异质结 |
2.2.3 PLD法制备CFO/PMN-PT复合薄膜 |
2.3 CFO/PMN-PT复合薄膜工艺设计 |
2.4 材料表征方法 |
2.4.1 微观形貌表征 |
2.4.2 物相结构表征 |
2.4.3 铁电性能测试 |
2.4.4 磁性能测试 |
2.4.5 正磁电耦合性能测试 |
2.4.6 逆磁电耦合性能测试 |
第3章 CFO/PMN-PT复合薄膜磁电性能的理论预测和Sol-gel实验验证 |
3.1 CFO/PMN-PT二维复合薄膜的理论分析 |
3.2 CFO/PMN-PT颗粒型复合薄膜及性能表征 |
3.2.1 CFO/PMN-PT颗粒型复合薄膜的形貌和物相 |
3.2.2 CFO/PMN-PT颗粒型复合薄膜的铁电和铁磁性能 |
3.2.3 CFO/PMN-PT颗粒型复合薄膜的正磁电效应 |
3.3 层状复合结构对CFO/PMN-PT薄膜性能的影响 |
3.3.1 CFO/PMN-PT层状复合薄膜的铁电性能 |
3.3.2 CFO/PMN-PT层状复合薄膜的形貌和物相 |
3.3.3 CFO/PMN-PT多层相间复合薄膜的铁电性能 |
3.3.4 CFO/PMN-PT层状复合薄膜的正磁电性能 |
3.4 不同结构CFO/PMN-PT复合薄膜性能差异分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 外延PMN-PT薄膜工艺优化及铁电性能分析 |
4.1 电极和基底对PMN-PT薄膜铁电性能的影响 |
4.2 PMN-PT薄膜的制备工艺研究 |
4.2.1 温度对PMN-PT薄膜的影响 |
4.2.2 氧压对PMN-PT薄膜的影响 |
4.3 PMN-PT薄膜的变温铁电性能 |
4.4 PMN-PT薄膜铁电性能的尺寸效应 |
4.5 本章小结 |
第5章 CFO/PMN-PT多铁异质结工艺优化和磁电耦合机制分析 |
5.1 STO单晶上生长的CFO薄膜 |
5.1.1 生长温度对CFO薄膜取向及磁性的影响 |
5.1.2 激光能量对CFO薄膜磁性的影响 |
5.1.3 氧压对CFO薄膜物相及磁性的影响 |
5.2 PMN-PT单晶上生长的CFO薄膜 |
5.2.1 生长温度对CFO薄膜磁性的影响 |
5.2.2 激光能量对CFO薄膜磁性的影响 |
5.2.3 生长氧压对CFO薄膜磁性的影响 |
5.3 CFO/PMN-PT异质结的磁电耦合机制 |
5.3.1 在PMN-PT单晶上生长CFO薄膜的各向异性 |
5.3.2 直流电压调控CFO薄膜磁性 |
5.3.3 交流电压调控CFO薄膜磁性 |
5.4 本章小结 |
第6章 外延CFO/PMN-PT层状复合薄膜的磁电性能及耦合机理研究 |
6.1 复合薄膜的物相及形貌 |
6.2 复合薄膜的磁性能 |
6.3 CFO/PMN-PT复合薄膜的磁电耦合机制 |
6.3.1 薄膜的本征磁光克尔性质 |
6.3.2 直流电压下复合薄膜的逆磁电行为 |
6.3.3 交流电压下复合薄膜的逆磁电行为 |
6.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
附件 |
(7)PZT气凝胶涂层的制备及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 水声换能器用压电材料简况 |
1.1.1 水声换能器及其应用 |
1.1.2 用于水声换能器的常见压电材料 |
1.2 PZT气凝胶在水声换能器中的作用 |
1.3 PZT气凝胶的研究概况 |
1.4 论文的选题意义和内容安排 |
1.4.1 选题意义 |
1.4.2 研究的主要内容 |
第二章 实验与测试方法 |
2.1 实验试剂 |
2.2 实验设备 |
2.3 材料表征方法 |
2.3.1 氮气等温吸脱附测试 |
2.3.2 X射线衍射 |
2.3.3 扫描电子显微镜 |
2.3.4 热重分析 |
2.3.5 X射线光电子能谱测试分析 |
2.3.6 傅里叶变换红外光谱 |
第三章 两步催化法制备PZT气凝胶及其晶化研究 |
3.1 两步催化法制备PZT气凝胶 |
3.2 两步催化法制备PZT气凝胶的表征 |
3.2.1 PZT气凝胶孔结构分析 |
3.2.2 PZT气凝胶TG-DSC分析 |
3.2.3 PZT气凝胶FTIR分析 |
3.2.4 PZT气凝胶XRD分析 |
3.2.5 PZT气凝胶XPS分析 |
3.3 两步催化法制备PZT气凝胶的晶化处理研究 |
3.3.1 PZT气凝胶不同温度退火处理后XRD分析 |
3.3.2 PZT气凝胶不同温度退火处理后SEM分析 |
3.3.3 PZT气凝胶不同温度退火处理后比表面及孔径分析 |
3.3.4 PZT气凝胶退火处理后FTIR分析 |
3.3.5 PZT气凝胶退火处理后XPS分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 溶胶-溶剂热法制备PZT气凝胶及其晶化研究 |
4.1 溶胶-溶剂热法制备PZT气凝胶 |
4.2 溶胶-溶剂热法制备工艺对PZT气凝胶结构的影响 |
4.2.1 反应温度对PZT气凝胶结构的影响 |
4.2.2 反应时间对PZT气凝胶结构的影响 |
4.3 PZT气凝胶的TG-DSC分析 |
4.4 PZT气凝胶FTIR分析 |
4.5 PZT气凝胶XPS分析 |
4.6 PZT气凝胶的退火处理研究 |
4.6.1 PZT气凝胶退火处理后的XRD分析 |
4.6.2 PZT气凝胶退火处理后的SEM分析 |
4.6.3 PZT气凝胶退火处理后比表面积及孔径分析 |
4.6.4 PZT气凝胶退火处理后的XPS分析 |
4.6.5 PZT气凝胶退火处理后的FTIR分析 |
4.7 本章小结 |
第五章 PZT气凝胶涂层的制备及性能研究 |
5.1 有机压电前驱体浆料的选择 |
5.2 PZT气凝胶涂层的制备及性能研究 |
5.2.1 PZT气凝胶涂层的制备 |
5.2.2 PZT气凝胶涂层的表征 |
5.3 PZT气凝胶涂层的电性能研究 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 本文主要工作与结论 |
6.2 工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士期间取得的成果 |
(8)PZT铁电薄膜的畴结构调控及改性研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
1 引言 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 铁电材料概述 |
1.2.1 晶体结构与铁电性 |
1.2.2 铁电材料应用 |
1.3 PZT铁电材料概述 |
1.3.1 PZT铁电材料的结构与性能 |
1.3.2 PZT铁电材料的应用 |
1.4 外界环境对铁电材料性能影响研究现状 |
1.5 铁电材料改性研究现状 |
1.6 本论文研究的主要内容 |
2 PZT铁电薄膜的制备与表征方法 |
2.1 PZT薄膜制备技术 |
2.2 溶胶-凝胶法制备PZT薄膜 |
2.2.1 PZT溶胶前驱体制备 |
2.2.2 PZT薄膜样品的制备 |
2.3 形貌和结构表征方法 |
2.3.1 相结构XRD分析 |
2.3.2 形貌表征方法 |
2.3.3 畴结构测试方法 |
2.4 电学性能测试方法 |
2.4.1 铁电性能测试方法 |
2.4.2 压电性能测试方法 |
2.5 本章小结 |
3 PZT/Pt铁电薄膜可靠性分析 |
3.1 常温下PZT/Pt铁电薄膜的形貌和结构表征 |
3.1.1 PZT/Pt铁电薄膜形貌表征 |
3.1.2 PZT/Pt铁电薄膜相结构XRD分析 |
3.1.3 PZT/Pt铁电薄膜畴结构测试 |
3.2 常温下PZT/Pt铁电薄膜的电学性能测试 |
3.2.1 PZT/Pt铁电薄膜铁电性能测试 |
3.2.2 PZT/Pt铁电薄膜的压电性能测试 |
3.3 温度对PZT/Pt铁电薄膜畴结构的影响 |
3.4 温度对PZT/Pt铁电薄膜电学性能的影响 |
3.4.1 温度对PZT/Pt铁电薄膜铁电性能的影响 |
3.4.2 温度对PZT/Pt铁电薄膜压电性能的影响 |
3.5 本章小结 |
4 PZT铁电薄膜的掺杂改性研究 |
4.1 PZTM薄膜的制备 |
4.2 PZTM薄膜的微结构和取向性分析 |
4.2.1 PZTM薄膜的相结构XRD分析 |
4.2.2 PZTM薄膜的形貌表征 |
4.3 Mn掺杂对PZT薄膜畴结构的影响 |
4.4 Mn掺杂对PZT薄膜电学性能的影响 |
4.4.1 PZTM薄膜的铁电特性测试 |
4.4.2 PZTM薄膜的压电特性测试 |
4.5 本章小结 |
5 PZT铁电薄膜的电极改性研究 |
5.1 溶胶-凝胶法制备PZT/LNO薄膜样品 |
5.2 PZT/LNO薄膜的形貌和结构表征 |
5.2.1 PZT/LNO薄膜的相结构XRD分析 |
5.2.2 PZT/LNO薄膜的形貌表征 |
5.2.3 PZT/LNO薄膜的畴结构测试 |
5.3 PZT/LNO薄膜的电学性能测试 |
5.3.1 PZT/LNO薄膜的铁电性能测试 |
5.3.2 PZT/LNO薄膜的压电性能测试 |
5.4 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 论文研究的主要内容和结论 |
6.2 论文创新点 |
6.3 工作展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间所取得的研究成果 |
致谢 |
(9)钙钛矿铁电薄膜异质结的结构及光、电性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 引言 |
1.1 铁电材料研究背景 |
1.2 钙钛矿铁电薄膜异质结的电学性能 |
1.2.1 铁电存储性能 |
1.2.2 压电性能 |
1.2.3 储能性能 |
1.3 钙钛矿铁电薄膜异质结的光学性能 |
1.3.1 铁电薄膜光伏效应 |
1.3.2 铁电薄膜光电效应 |
1.3.3 铁电薄膜光伏存储效应 |
1.4 应力对钙钛矿铁电薄膜性能的影响 |
1.5 本论文研究的意义和内容 |
第2章 铁电薄膜异质结的制备和表征方法 |
2.1 薄膜异质结的制备方法 |
2.1.1 溶胶-凝胶法 |
2.1.2 磁控溅射法 |
2.1.3 脉冲激光沉积法 |
2.1.4 磁控与脉冲激光共溅射方法 |
2.2 铁电薄膜异质结的晶体结构表征 |
2.2.1 X射线衍射 |
2.2.2 原子力显微镜 |
2.2.3 透射电子显微镜 |
2.3 铁电薄膜异质结的性能表征 |
2.3.1 铁电测试系统 |
2.3.2 LCR测试系统 |
2.3.3 Ⅰ-Ⅴ测试系统 |
第3章 Pb(Zr_(_(0.4))Ti_(_(0.6)))O__3薄膜异质结的结构、电学和光学性能 |
3.1 外延Pb(Zr_(_(0.4))Ti_(_(0.6)))O__3薄膜异质结的微结构 |
3.2 Ti__3Al缓冲层对外延Pb(Zr_(_(0.4))Ti_(_(0.6)))O__3异质结电学性能的影响 |
3.3 外延Pb(Zr_(_(0.4))Ti_(_(0.6)))O__3薄膜异质结的光学性能 |
3.3.1 Ti__3Al对Pb(Zr_(_(0.4))Ti_(_(0.6)))O__3薄膜异质结光伏效应的影响 |
3.3.2 极化对Pb(Zr_(_(0.4))Ti_(_(0.6)))O__3薄膜异质结光伏效应的调控 |
3.3.3 光强对Pb(Zr_(_(0.4))Ti_(_(0.6)))O__3薄膜异质结光伏效应的影响 |
3.4 本章小结 |
第4章 BiFeO__3薄膜异质结的结构、电学和光学性能 |
4.1 外延BiFeO__3薄膜异质结的微结构 |
4.2 外延BiFeO__3薄膜异质结的电学性能 |
4.2.1 外延BiFeO__3薄膜异质结的铁电和介电性能 |
4.2.2 外延BiFeO__3薄膜异质结的的阻变存储特性 |
4.3 外延BiFeO__3薄膜异质结的光学性能 |
4.3.1 BiFeO__3薄膜的透射和光学带隙 |
4.3.2 极化调控BiFeO__3薄膜异质结的光伏效应 |
4.3.3 光强对BiFeO__3薄膜异质结极化调控光伏效应的影响 |
4.3.4 温度对BiFeO__3薄膜异质结光伏效应的影响 |
4.3.5 厚度对BiFeO__3薄膜异质结极化调控光伏效应的影响 |
4.4 本章小结 |
第5章 Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜异质结的结构、电学和光学性能 |
5.1 外延Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜异质结的微结构 |
5.2 外延Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜异质结的电学性能 |
5.2.1 外延Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜异质结的铁电性能 |
5.2.2 外延Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜异质结的压电性能 |
5.2.3 取向对Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜异质结铁电性能的影响 |
5.3 外延Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜异质结的光学性能 |
5.3.1 Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜的透射和光学带隙 |
5.3.2 光对Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜异质结电学性能的影响 |
5.3.3 取向对Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜异质结光伏效应的影响 |
5.4 Si基Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜的结构和光电性能 |
5.4.1 Si基Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜的微结构 |
5.4.2 Si基Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜的铁电性能 |
5.4.3 Si基Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜的光伏效应 |
5.5 本章小结 |
第六章 BiFeO__3:Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜异质结的结构、电学和光学性能 |
6.1 外延BiFeO__3:Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜异质结的微结构 |
6.2 外延BiFeO__3:Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜异质结的电学性能 |
6.2.1 外延BiFeO__3:Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜异质结的铁电性能 |
6.2.2 外延BiFeO__3:Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜异质结的储能性能 |
6.3 外延BiFeO__3:Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜的光学性能 |
6.3.1 BiFeO__3:Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜的光学带隙 |
6.3.2 极化调控外延BiFeO__3:Na_(_(0.5))Bi_(_(0.5))TiO__3薄膜的光伏效应 |
6.4 本章小结 |
结束语 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间取得的研究成果 |
(10)Pt-Pb(Zr0.52Ti0.48)O3纳米复合薄膜的制备及其电学性能(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 铁电薄膜材料 |
1.2.1 铁电薄膜简介 |
1.2.2 铁电薄膜的电滞回线 |
1.3 PbZr_(1-x)Ti_xO_3(PZT)铁电薄膜 |
1.3.1 PZT的晶体机构 |
1.3.2 PZT薄膜的铁电性能 |
1.3.3 PZT薄膜的介电性能 |
1.3.4 PZT薄膜的制备方法 |
1.4 铁电复合薄膜的研究 |
1.5 本论文研究目的和内容 |
第2章 实验材料和研究方法 |
2.1 材料制备 |
2.1.1 溶胶的制备 |
2.1.2 Pt-PZT复合薄膜的制备 |
2.1.3 层状Pt-PZT复合薄膜的制备 |
2.2 Pt-PZT薄膜的结构表征 |
2.2.1 物相分析 |
2.2.2 形貌分析 |
2.2.3 微结构分析 |
2.2.4 电子结构分析 |
2.3 性能测试 |
2.3.1 铁电性能 |
2.3.2 介电性能 |
第3章 Pt-Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3纳米复合薄膜的制备与性能 |
3.1 引言 |
3.2 制备方法与表征 |
3.2.1 Pt-PZT前驱体溶液的配制 |
3.2.2 铁电薄膜的表征 |
3.2.3 铁电薄膜的电学性能测试 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 Pt-PZT复合薄膜的电子结构 |
3.3.2 Pt-PZT纳米复合薄膜的晶体结构 |
3.3.3 Pt-PZT纳米复合薄膜的微结构表征 |
3.3.4 Pt-PZT纳米复合薄膜的铁电性能 |
3.3.5 Pt-PZT纳米复合薄膜的介电性能 |
3.4 本章小结 |
第4章 Pt-Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3纳米复合薄膜的结晶动力学研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验过程 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 Pt-PZT纳米复合薄膜的结晶过程 |
4.3.2 Pt-PZT纳米复合薄膜的结晶动力学 |
4.3.3 Pt-PZT纳米复合薄膜结晶过程的微结构表征 |
4.4 本章小结 |
第5章 层状Pt-Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3纳米复合薄膜的制备与性能 |
5.1 引言 |
5.2 实验方法 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 沉积温度对Pt粒子析出的影响 |
5.3.2 Pt溶液浓度对析出Pt粒子数量的影响 |
5.3.3 层状Pt-PZT纳米复合薄膜的晶体结构 |
5.3.4 层状Pt-PZT复合薄膜的微观结构 |
5.3.5 层状Pt-PZT纳米复合薄膜的铁电性能 |
5.4 本章小结 |
第6章 结论 |
参考文献 |
在学研究成果 |
致谢 |
四、用溶胶-凝胶法制备PZT铁电薄膜(论文参考文献)
- [1]铅基铁电薄膜的电卡及储能效应研究[D]. 张苗苗. 广西大学, 2021(12)
- [2]基于圆柱壳体振动陀螺的PZT薄厚膜研究[D]. 李嘉豪. 大连理工大学, 2021(01)
- [3]缓冲层引导的溅射PZT薄膜的制备研究[D]. 李彪. 大连理工大学, 2021(01)
- [4]Bi0.5Na0.5Ti1-xFexO3-δ/NiFe2-xNdxO4无铅磁电复合薄膜的制备和性能研究[D]. 司卓林. 合肥工业大学, 2021(02)
- [5]应力光开关压电PZT薄膜驱动层的制备与研究[D]. 于舜尧. 大连理工大学, 2021(01)
- [6]CFO/PMN-PT多铁复合薄膜的设计制备及磁电耦合机理[D]. 王奥培. 哈尔滨工业大学, 2020(02)
- [7]PZT气凝胶涂层的制备及性能研究[D]. 王武. 电子科技大学, 2020(01)
- [8]PZT铁电薄膜的畴结构调控及改性研究[D]. 陈茜. 中北大学, 2020(09)
- [9]钙钛矿铁电薄膜异质结的结构及光、电性能研究[D]. 宋建民. 河北大学, 2020(08)
- [10]Pt-Pb(Zr0.52Ti0.48)O3纳米复合薄膜的制备及其电学性能[D]. 黄鹤洋. 沈阳工业大学, 2020(01)