文档介绍：上海交通大学硕士学位论文
溶胶凝胶法制备钛酸锶钡薄膜及其介电性能研究
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摘要

钛酸锶钡BaxSr1-xTiO 3, BST薄膜是一种钙钛矿结构的铁电体它具
有强的介电非线性和低的损耗正切高的介电常数和低的漏电流特性
优良的热释电性和居里温度可调等特点因此在调谐微波器件动态随
机存取存储器DRAM和热释电红外探测器等方面显示出巨大的应用前
景本文以乙酸钡乙酸锶和钛酸四丁酯为主要原料采用溶胶凝胶
sol-gel 法制备 BST 薄膜研究薄膜的制备工艺微结构和介电性能
之间的关系
为优化薄膜制备工艺研究了各种化学添加剂对溶胶的粒度分布
均匀性和稳定性的影响实验发现乙二醇的加入将明显增大溶胶粒度分
布的主峰值并有利于提高溶胶的均匀性和稳定性乙酰丙酮的加入将显
著减小溶胶粒度分布的主峰值随着去离子水加入量的增大溶胶粒度
分布的主峰值呈现增大的趋势但过量去离子水的加入将降低溶胶的均
匀性和稳定性另一方面去离子水加入量的不足对 BST 薄膜的微结构
和漏电流特性是不利的
考察了退火温度对 3 薄膜的介电性能的影响研究表明
退火温度对 BST 薄膜的调谐量介电常数损耗正切和漏电流特性有着
显著的影响在不同温度下退火的 BST 薄膜中退火温度为 750 的 BST
I
上海交通大学硕士学位论文
薄膜的调谐量和介电常数最大损耗正切和漏电流密度最小
在 Pt/Ti/SiO 2/Si 和 Pt/Cr/SiO 2/Si 两种衬底上制备了 3 薄
膜研究两种电极结构对 BST 薄膜介电性能的影响研究表明采用 Pt/Cr
作底电极的 BST 薄膜具有更小的平均晶粒尺寸其介电常数明显减小
损耗正切和调谐量也有不同程度的降低但优化因子仍有所增大从采
用 Pt/Ti 作底电极的增加到
考察了梯度 Mn 掺杂对 3 薄膜的微结构和介电性能的影
响 XRD 和 AFM 分析表明梯度 Mn 掺杂将抑制 BST 薄膜晶粒的生长
使 BST 薄膜的平均晶粒尺寸减小了介电性能测试表明梯度 Mn 掺杂可
以显著地减小 BST 薄膜的漏电流密度和损耗正切其漏电流密度在 10V
外加偏压下为 10-7A/cm2 损耗正切在 100KHz 时为
本文通过对溶胶制备工艺的优化薄膜制备过程中退火温度底电
极和掺杂等的研究在 Pt/Cr/SiO 2/Si 衬底上制备的 3 薄膜获
得了最佳的调谐性能损耗正切在 1MHz 时为调谐量和优化因子
在 100KHz 和 10V 外加偏压下分别为 %和漏电流密度在 3V
外加偏压下为 10-7A/cm2 达到了铁电移相器对 BST 薄膜的介电性
能的要求

关键词钛酸锶钡薄膜溶胶凝胶介电性能介电调谐性能

II
上海交通大学硕士学位论文
STUDY ON PREPARATION AND DIELECTRIC PROPERTIES
OF SOL-GEL DERIVED BARIUM STRONTIUM TITANATE
THIN FILMS

ABSTRACT

Thin films of the perovskite barium strontium titanate (Ba1-xSr1-xTiO 3, BST) system
have recently received considerable attention as promising candidates for applications in
tunable microwave devices, dynamic random access memories (DRAM) and pyroelectric
far-infrared detectors due to their high dielectric nonlinearity, low loss tangent, high
dielectric constant, low leakage current densities, good pyroelectric properties and
composition dependent Curie temperature. In this paper