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钛酸铋(Bi4Ti3O12，BTO)作为一种典型的铋系层状钙钛矿结构的铁电材料，具有优良的压电、铁电、热释电和电光等性能，在最近十年里成为广泛研究的热点之一。Bi4Ti3O12的晶体结构是各向异性的赝立方结构，它的自发极化沿a轴和c轴相差很大，分别是50μC/cm2和4μC/cm2。此外，掺杂并不改变BTO薄膜的主极轴方向，因此制备a轴取向择优的钛酸铋基铁电薄膜是非常有意义的。最近人们研究发现，用三价稀土离子替代Bi4Ti3O12中的A位可以提高其电学性能。替代后的薄膜具有更大的剩余极化，这使得Bi4Ti3O12更适合于在铁电存储器中的应用。然而目前对于A位掺杂的BTO薄膜掺量主要集中在0.85左右，并且其退火温度高达750℃，这样一个高温与集成电路工艺不匹配。从实际应用的角度来说，钛酸铋基铁电薄膜的沉积温度应该控制在650℃以下。而日本人TakayukiWatanabe等报道掺杂钛酸铋在掺量为0.26～0.35之间的剩余极化最大。
考虑到降低薄膜的制备温度，并且得到较大的剩余极化，本论文利用溶胶—凝胶法在不同衬底上制备了Bi3.7Nd0.3Ti3O12(BNT0.3)铁电薄膜，系统的研究了铋过量，单层厚度，衬底，退火温度等因素对薄膜取向的影响。通过对BNT0.3薄膜X—ray衍射图谱，原子力显微图谱，扫描电镜图谱和电学性能测试的研究，得出了以下结论：
1、对BNT0.3薄膜工艺的摸索、生长模式及形貌的分析，我们得出如下结论：(1)铋过量10％的前驱体溶液更易于制备a轴取向的BNT0.3薄膜；(2)旋涂过程中，薄膜单层厚度过厚或过薄都不利用BNT0.3薄膜a轴取向的生长；(3)ITO/glass氧化物衬底比Pt/TiO2/SiO2/Si衬底更利于BNT0.3薄膜a轴取向的生长；(4)550℃和600℃均可以得到高度a轴取向择优的BNT0.3薄膜；(5)对于铋系层状钙钛矿铁电薄膜的生长模式概括为：由于晶粒沿a(b)轴方向的生长速度比沿c轴方向要快得多，因此当采用层层退火的工艺条件时，a(b)轴取向的晶粒将会逐渐覆盖c轴取向晶粒的生长，从而得到(100)择优取向的薄膜。也就是说，a轴取向择优是铋系层状钙钛矿铁电薄膜的一种本征生长模式；(6)550℃退火条件下，制备了不同厚度的a轴取向择优的BNT0.3薄膜，薄膜晶粒较小，表面平整；(7)通过薄膜断面SEM图，可以清晰的分辨出BNT0.3薄膜层、ITO氧化物层和玻璃层。此外，薄膜表现出了柱状生长模式。
2、通过对BNT0.3薄膜晶体结构及电学性能的研究，结果表明：(1)BNT0.3薄膜(200)衍射峰的相对强度随薄膜厚度的增加而增加；(2)BNT0.3薄膜的剩余极化和矫顽场均随薄膜厚度的增加而减小，这是因为薄膜存在部分老化；(3)650℃退火条件下制备的BNT0.3薄膜尽管其(200)衍射峰的相对强度不是最高，但是其剩余极化最大，达到38.2μC/cm2，这比目前报道的BNT0.85薄膜最大的剩余极化还大35％；(4)压电测试结果表明薄膜均可以均匀极化，且其压电信号随薄膜退火温度的升高而增强；(5)薄膜表现出了良好的抗疲劳性能和电荷保持力。
综上所述，我们的工作对钛酸铋基铁电薄膜的应用研究具有重要的意义。