高分子辅助沉积法在镍基片上生长钛酸钡薄膜的研究

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BaTiO3(BTO)是一种典型的钙钛矿结构铁电氧化物,具有铁电、介电、压电以及光学非线性等丰富的物理性质,目前已被广泛应用于电子系统中。在贱金属Ni基片上生长BTO薄膜,在埋入电容、结构健康检测系统以及微机电系统(MEMS)等领域中具有潜在应用。在金属Ni基片上生长BTO薄膜要同时考虑Ni基片防氧化与BTO薄膜结晶成相的问题,在技术上具有相当大的难度。目前,该领域还有许多问题有待研究解决。本文使用高分子辅助沉积法在贱金属Ni基片上生长BTO薄膜。通过对金属Ni高温氧化和BTO薄膜的结晶成相等热力学问题进行研究讨论,我们采用了双氧水氧化法在金属Ni上生长氧化镍过渡层,成功地在多晶金属Ni基片上生长出了多晶BTO薄膜。通过研究BTO薄膜工艺条件、微结构以及性能之间的关系,成功优化了BTO薄膜的沉积工艺,获得了具有优良介电性能的BTO薄膜。具体而言,本文主要对以下问题进行了研究:1.研究BTO薄膜的退火气氛、退火温度对薄膜的结构与性能的影响,并讨论薄膜制备工艺、薄膜微结构与薄膜介电性能之间的关系。实验中通过对以上问题的讨论与总结,寻找到了利用高分子辅助沉积法在金属Ni基片上生长BTO薄膜的最优工艺条件。在最优工艺条件下生长的BTO薄膜样品,具有良好的晶体结构和优异的介电性能。该BTO薄膜的零场相对介电常数约为400,损耗角正切值tanδ<0.025。2.实验使用双氧水氧化法在金属Ni上生长氧化镍过渡层,并研究不同厚度的氧化镍过渡层对BTO薄膜结构与性能的影响。我们认为,金属Ni基片表面经过双氧水处理后,基片表面浸润性的改善以及氧化镍过渡层在退火过程中的分解,是造成具有不同氧化镍过镀层厚度的BTO薄膜样品出现性能差异的原因。3.在BTO薄膜的退火气氛中掺入水蒸气,研究水蒸气对BTO薄膜的结构与介电性能的影响。研究结果表明,低浓度的水蒸气对提高BTO薄膜的介电性能(尤其是薄膜介电可调率)有很明显的帮助。4.研究金属Ni基片上生长的BTO薄膜的磁电耦合特性。在实验中,观察到BTO薄膜在外加磁场作用下具有磁电耦合响应。最优工艺条件下生长的BTO薄膜样品,磁电耦合系数达到αME=89.58m V/cm-Oe。实验还研究了不同氧化镍过渡层厚度对BTO薄膜磁电耦合性能的影响,并讨论产生相应影响的原因。
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