鈣鈦礦型氧化物薄膜的性能與微觀結構研究.pdf

1、B位離子為過渡金屬陽離子的鈣鈦礦型復合氧化物顯示出大量有趣的電學和磁學性能，在微波可調(diào)器件、存儲器、固體燃料電池、催化等領域具有廣闊的應用前景。以它們?yōu)榛A的薄膜器件，部分已開發(fā)為產(chǎn)品并廣泛應用，但大多數(shù)仍處于試驗階段。
　　(BaxSr1-x)TiO3是微波可調(diào)器件的研究與開發(fā)中的重要材料體系。然而，尺寸效應等使得(BaxSr1-x)TiO3薄膜的介電特性遠差于(BaxSr1-x)TiO3陶瓷和單晶材料。過去二十多年的研究發(fā)現(xiàn)，

2、BaTiO3/SrTiO3多層薄膜內(nèi)的界面調(diào)制作用可以明顯改善薄膜材料在低頻區(qū)域的介電性能，然而對于它們在Ghz頻段的微波介電性能的報道卻很少。本文以脈沖激光沉積制備的BaTiO3/SrTiO3多層薄膜為研究對象，利用共面波導結構對它進行微波介電性能測試，然后運用X射線衍射、透射電子顯微鏡等結構表征技術，結合O點陣理論、彈性理論，說明了影響薄膜介電性能的微觀結構原因，并且提出了多層薄膜的生長過程和應力弛豫機制。
　　以材料電阻開關

3、效應為基礎形成的新型非易失性存儲器——電阻式存儲器，因設備結構簡單、存儲性能優(yōu)越成為當下的研究熱點。然而開關機制的不明確性卻限制了它的發(fā)展。雖然目前研究人員普遍認同氧空位在電阻開關效應中起了重要作用，但它所扮演的角色還需進一步研究確認。本文以脈沖激光沉積制備的BaZrO3薄膜為研究對象，通過對它進行電學性能測試，然后運用透射電子顯微術，結合絕緣體電流傳導機制，嘗試理解氧空位和晶界等缺陷在電阻開關效應中所起的作用，以及沉積氧壓對BaZrO

4、3薄膜微觀結構和電性能的影響。
　　總的來說，本文的研究目的是通過探究薄膜材料的結構和性能之間的聯(lián)系，闡明影響薄膜的具體性能的微觀結構根源，為理解薄膜中的各種性能和現(xiàn)象提供思路。得到的主要結論如下:
　　(1)薄膜晶體的畸變程度以及缺陷密度的改變是導致[(BaTiO3)0.5/(SrTiO3)0.5]16和[(BaTiO3)0.4/(SrTiO3)0.6]30兩者介電性能差異的原因。
　　(2)雖然包含32層亞層薄膜，

5、[(BaTiO3)0.5/(SrTiO3)0.5]16多層薄膜卻顯示出具有不同形貌的雙層結構——即底層薄膜和頂層薄膜。底層薄膜和MgO基體保持外延關系，且層內(nèi)的應變能通過形成失配位錯、反相疇界、層錯等晶體缺陷得到釋放。而頂層薄膜則形成具有擇優(yōu)取向的多晶柱狀薄膜。在整個生長過程中，BaTiO3和SrTiO3之間顯示出了非常一致的生長行為。
　　(3)在以BaZrO3薄膜為阻變層的Ag/BaZrO3/SrRuO3結構中發(fā)現(xiàn)了可轉(zhuǎn)向的二

6、極管效應，并從機理上證實了界面處氧空位對載流子的捕獲/釋放是形成該效應的原因。此外，和常見非鐵電鈣鈦礦材料相比，BaZrO3薄膜數(shù)據(jù)保持能力的改善源于BaZrO3/SrRuO3界面處晶界的存在，但是氧空位的積累導致Ag/BaZrO3/SrRuO3在長期使用后電阻退化。
　　(4)在Ag/BaZrO3/SrRuO3結構中，當BaZrO3采用的的氧壓小于2×10-4 Pa時，SrRuO3薄膜會發(fā)生熱分解，形成Ru顆粒以及非晶SrO。B