BaTiO3-xBi(Zn1/2Zr1/2)O3储能薄膜的改性及性能研究开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

目的:

(1)探索镍酸镧缓冲层薄膜的制备工艺,获得导电性优良的底电极材料,同时对其进行电学性能分析;

(2)在此基础上,在镍酸镧底电极上叠加(1-x)BaTiO3-xBi(Zn1/2Zr1/2)O3储能薄膜材料,研究其对储能薄膜的结构、应力及性能的影响;

近年来,一些钙钛矿氧化物薄膜如YB2Cu3O7#8722;x(YBCO),LaSrCoO3(LSCO),LaNiO3(LNO)等成为替代传统Pt电极的潜力材料,人们普遍认为,使用钙钛矿氧化物电极将大大改善铁电薄膜的极化和疲劳性能,而且可以影响铁电薄膜的结晶取向,而通过控制铁电薄膜的择优取向则可以显著提高铁电薄膜的电学性能。其中,LNO是一种具有良好导电性能、化学性质稳定的赝立方钙钛矿结构( a = b = c = 0.384 nm) 材料,与钙钛矿结构的BTO薄膜晶格匹配,有利于薄膜的结晶。目前,LNO薄膜的制备技术已有很大发展,并日趋成熟。在制备过程中退火温度是影响LNO薄膜微结构及形貌的主要因素。本实验主要研究退火温度和退火时间对LNO薄膜性能的影响,以制得性能优良的底电极,并在底电极上叠加(1-x)BaTiO3-xBi(Zn1/2Zr1/2)O3薄膜,研究LNO缓冲层对薄膜性能的影响。

意义:

近年来,含氧八面体结构的氧化物铁电薄膜(锆钛酸铅(PZT),BaTiO3(BTO),SrBi2Ta2O9 (SBT))由于其良好的铁电、压电性能,在铁电存储器、高密度电容、微传感器、压电微驱动器、换能器等方面具有广泛的应用前景,引起人们越来越浓厚的研究兴趣。

铁电氧化物薄膜通常以Pt作为电极和过渡层材料,因其具有抗高温氧化、电阻率小且与大规模集成电路相容性好的优点,但Pt不仅与半导体Si衬底的兼容性较差,还存在与铁电薄膜晶格失配较大的问题,导致铁电薄膜结晶取向不易控制,而且由于金属电极与铁电薄膜的功函数不同,在界面处会形成大的肖特基势垒,促使氧空位及其它活跃的杂质离子等缺陷被界面俘获,产生电疲劳。所以,具有含氧八面体结构的导电金属氧化物薄膜成为最具有潜力的金属电极替代材料,其中LaNiO3(LNO)薄膜因具有钙钛矿结构和良好的导电性而成为实用性研究的热点。LNO为赝立方钙钛矿结构(a=0.384nm),具有良好的化学稳定性;LNO没有禁带,其导带是Ni3 的(eg)d电子与O2-的p电子相互作用形成的,具有良好的导电性,能够与目前研究和应用最多的一类钙钛矿结构的铁电、铁磁薄膜晶格匹配,它不仅可以代替Pt/Ti等金属作为铁电薄膜的电极材料,而且还可以作为缓冲层来优化铁电薄膜的结构和性能。国内外研究结果表明,铁电薄膜的性能主要取决于它们的结构和界面形貌,因此,选择晶格匹配的电极材料或缓冲层,并通过探索优化制备LNO薄膜条件,改进薄膜的结构,提高薄膜物理性质,进而改善器件的性能,具有重要的实际意义。

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