搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

高压退火对0.65PMN-0.35PT薄膜结构、形貌及电学性能的影响

郭红力 杨焕银 唐焕芳 侯海军 郑勇林 朱建国

引用本文:
Citation:

高压退火对0.65PMN-0.35PT薄膜结构、形貌及电学性能的影响

郭红力, 杨焕银, 唐焕芳, 侯海军, 郑勇林, 朱建国

Effects of high pressure annealing technique on the structure, morphology and electric properties of 0.65PMN-0.35PT thin films

Guo Hong-Li, Yang Huan-Yin, Tang Huan-Fang, Hou Hai-Jun, Zheng Yong-Lin, Zhu Jian-Guo
PDF
导出引用
  • 利用射频磁控溅射技术在LaNiO3/SiO2/Si(100)基底上制备了厚 度约为250 nm的0.65PMN-0.35PT(PMN-PT)薄膜. 研究高压氧氛围退火方式对PMN-PT薄膜晶体结构、形貌以及电学性能的影响. 经过XRD测试发现,在高压氧气氛围中, 温度为400℃下退火后的PMN-PT薄膜具有纯的钙钛矿相结构, 具有完全的(100)择优取向, 且衍射峰尖锐, 表明经过高压退火后的薄膜结晶极为充分. SEM表面形貌测试结果显示, 经高压退火处理的PMN-PT薄膜表面呈现出棒状或泡状的形貌. 铁电性能测试表明: 氧气氛围压强4 MPa, 退火时间4h的PMN-PT薄膜样品具有较好的铁电性能, 其剩余极化强度Pr达到10.544 C/cm2, 且电滞回线形状较好, 但漏电流较大, 这可能是由于其微结构所导致.同时介电测试发现: PMN-PT薄膜样品具有极好的介电性能, 其在1 kHz下测试的介电常数r达到913, 介电损耗tg 较小, 仅为0.065.
    Thin films of 0.65PMN-0.35PT PMN=Pb (Mg1/3Nb2/3)O3 and PT=PbTiO3 with a thickness about 250 nm were prepared on LaNiO3/SiO2/Si substrates by radio frequency magnetron sputtering. The films were annealed using high pressure annealing (HPA) technique in oxygen atmosphere. Effect of HPA on the crystal structure, morphology and electrical properties of the films was studied. XRD patterns of the films indicated that PMN-PT films treated by HPA in oxygen atmosphere (annealing temperature 400℃) showed a pure perovskite phase, with highly (100) preferred orientation. The strong and sharp diffraction peak showed the better crystallization of PMN-PT thin films after HPA. SEM observations showed that a rod or bubble morphology was present on the films surface. Ferroelectric properties tests showed that the PMN-PT film annealed in oxygen atmosphere at a pressure of 4 MPa, and annealing time of 4 h had good ferroelectric properties, in which the remanent polarization (Pr) could reach 10.544 uC/cm2. The shape of electric hysteresis was better, but the leakage current was too large, which may be due to the microstructure of the films. Meanwhile, the dielectric tests indicated that PMN-PT thin films could show very good dielectric properties, and the dielectric constant (r) could reach 913, and dielectric loss (tg) was very small, only 0.065.
    • 基金项目: 重庆市教委科学技术研究项目(批准号: KJ121317)和国家自然科学基金(批准号: 60771016)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Chongqing municipal education commission of China (Grant No. KJ121317), and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60771016).
    [1]

    Ye Z G 1996 Ferroelectrics 184 193

    [2]

    Bokov A, AYe Z G 2006 J Mater Sci. 41 31

    [3]

    Cross L E 1987 Ferroelectrics 76 241

    [4]

    Choi S W, Shrout T R, Jong S J, Bhalla A S 1989 Mater Lett. 8 253

    [5]

    Fang F, Zhang X W, Gui Z L, Li L T 1997 J. Chin. Ceramic Soc. 25 688 (in Chinese) [方菲, 张孝文, 桂治轮, 李龙土 1997 硅酸盐学报 25 688]

    [6]

    Xia F, Yao X 1999 J. Funct Mater 30 582 (in Chinese) [夏峰, 姚熹 1999 功能材料 30 582]

    [7]

    Noblanc O, Gaucher P, Galvarin G 1996 J. Appl. Phys. 79 4291

    [8]

    Gupta S M, Viehland D 1998 J. Appl. Phys. 83 407

    [9]

    Xia F, Wang X L, Zhang L Y, Yao X 1998 J. Chin. Ceramic Soc. 26 114 (in Chinese) [夏峰, 王晓莉, 张良莹, 姚熹 1998 硅酸盐学报 6 114]

    [10]

    Deng J X, Xing X R 2005 Chin. J. Rare Met. 29 76 (in Chinese) [邓金侠, 邢献然 2005 稀有金属 29 76]

    [11]

    Xiao D Q, Wang Y C, P S Q, Yang B, Zhu J G, Zhang W, Wang H T 2009 Acta. Phys. Sin. 47 1754 (in Chinese) [肖定全, 王永川, 张荣龙, 彭商强, 杨斌, 朱建国, 张文, 王洪涛 1998 物理学报 47 1754]

    [12]

    Park J H, Xu F, Susan T M 2001 J. Appl. Phys. 89 568

    [13]

    Lee S Y, Custodio M C C, Lim H J, Feigelson R S, Maria J P, Trolier-McKinstry S 2001 J. Cryst. Growth 226 247

    [14]

    Guo H L, Liu G, Li X D, Xiao D Q, Zhu J G 2011 J. Funct Mater. 42 1441 (in Chinese) (in Chinese) [郭红力, 刘果, 李雪冬, 肖定全, 朱建国 2011 功能材料 42 1441]

    [15]

    Zhang X D, Meng X J, Sun J L, Lin T, Ma J H, Chu J H, Kwon D Y, Kim B G 2005 Appl. Phys. Lett. 86 252902

    [16]

    Zhang X D, Meng X J, Sun J L, Lin T, Chu J H 2008 J. Cryst Growth 310 783

    [17]

    Ye F, Lu K 1999 Phys. Rev. B 60 7018

    [18]

    Zhang C H, Xu Z, Gao J J, Wang B K 2009 Acta. Phys. Sin. 58 6500 (in Chinese) [张崇辉, 徐卓, 高俊杰, 王斌科 2009 物理学报 58 6500]

    [19]

    Zhou D, Luo L H, Wang F F, Jia Y M, Zhao X Y, Luo H S 2008 Acta Phys. Sin. 57 4552 (in Chinese) [周丹, 罗来慧, 王飞飞, 贾艳敏, 赵祥永, 罗豪甦 2008 物理学报 57 4552]

  • [1]

    Ye Z G 1996 Ferroelectrics 184 193

    [2]

    Bokov A, AYe Z G 2006 J Mater Sci. 41 31

    [3]

    Cross L E 1987 Ferroelectrics 76 241

    [4]

    Choi S W, Shrout T R, Jong S J, Bhalla A S 1989 Mater Lett. 8 253

    [5]

    Fang F, Zhang X W, Gui Z L, Li L T 1997 J. Chin. Ceramic Soc. 25 688 (in Chinese) [方菲, 张孝文, 桂治轮, 李龙土 1997 硅酸盐学报 25 688]

    [6]

    Xia F, Yao X 1999 J. Funct Mater 30 582 (in Chinese) [夏峰, 姚熹 1999 功能材料 30 582]

    [7]

    Noblanc O, Gaucher P, Galvarin G 1996 J. Appl. Phys. 79 4291

    [8]

    Gupta S M, Viehland D 1998 J. Appl. Phys. 83 407

    [9]

    Xia F, Wang X L, Zhang L Y, Yao X 1998 J. Chin. Ceramic Soc. 26 114 (in Chinese) [夏峰, 王晓莉, 张良莹, 姚熹 1998 硅酸盐学报 6 114]

    [10]

    Deng J X, Xing X R 2005 Chin. J. Rare Met. 29 76 (in Chinese) [邓金侠, 邢献然 2005 稀有金属 29 76]

    [11]

    Xiao D Q, Wang Y C, P S Q, Yang B, Zhu J G, Zhang W, Wang H T 2009 Acta. Phys. Sin. 47 1754 (in Chinese) [肖定全, 王永川, 张荣龙, 彭商强, 杨斌, 朱建国, 张文, 王洪涛 1998 物理学报 47 1754]

    [12]

    Park J H, Xu F, Susan T M 2001 J. Appl. Phys. 89 568

    [13]

    Lee S Y, Custodio M C C, Lim H J, Feigelson R S, Maria J P, Trolier-McKinstry S 2001 J. Cryst. Growth 226 247

    [14]

    Guo H L, Liu G, Li X D, Xiao D Q, Zhu J G 2011 J. Funct Mater. 42 1441 (in Chinese) (in Chinese) [郭红力, 刘果, 李雪冬, 肖定全, 朱建国 2011 功能材料 42 1441]

    [15]

    Zhang X D, Meng X J, Sun J L, Lin T, Ma J H, Chu J H, Kwon D Y, Kim B G 2005 Appl. Phys. Lett. 86 252902

    [16]

    Zhang X D, Meng X J, Sun J L, Lin T, Chu J H 2008 J. Cryst Growth 310 783

    [17]

    Ye F, Lu K 1999 Phys. Rev. B 60 7018

    [18]

    Zhang C H, Xu Z, Gao J J, Wang B K 2009 Acta. Phys. Sin. 58 6500 (in Chinese) [张崇辉, 徐卓, 高俊杰, 王斌科 2009 物理学报 58 6500]

    [19]

    Zhou D, Luo L H, Wang F F, Jia Y M, Zhao X Y, Luo H S 2008 Acta Phys. Sin. 57 4552 (in Chinese) [周丹, 罗来慧, 王飞飞, 贾艳敏, 赵祥永, 罗豪甦 2008 物理学报 57 4552]

  • [1] 程静云, 康朝阳, 宗海涛, 曹国华, 李明. Ag缓冲层对ZnO:Al薄膜结构与光电性能的改善. 物理学报, 2017, 66(2): 027702. doi: 10.7498/aps.66.027702
    [2] 王琴, 王逸伦, 王浩, 孙慧, 毛翔宇, 陈小兵. Pr含量对Bi5Fe0.5Co0.5Ti3O15室温多铁性的影响. 物理学报, 2014, 63(14): 147701. doi: 10.7498/aps.63.147701
    [3] 王江舵, 代建清, 宋玉敏, 张虎, 牛之慧. BaTiO3/SrTiO3(1:1)超晶格的晶格动力学、介电和压电性能的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(12): 126301. doi: 10.7498/aps.63.126301
    [4] 张文钊, 唐兴华, 李嘉庆, 施立群. 氘在碳钨共沉积层中的滞留行为研究. 物理学报, 2013, 62(19): 195202. doi: 10.7498/aps.62.195202
    [5] 周文亮, 夏坤, 许达, 仲崇贵, 董正超, 方靖淮. 应变作用下量子顺电材料EuTiO3的磁电性质. 物理学报, 2012, 61(9): 097702. doi: 10.7498/aps.61.097702
    [6] 蒋冬冬, 谷岩, 冯玉军, 杜金梅. 静水压下锆锡钛酸铅铁电陶瓷相变和介电性能研究. 物理学报, 2011, 60(10): 107703. doi: 10.7498/aps.60.107703
    [7] 徐蕙, 王顺利, 刘爱萍, 陈本永, 唐为华. Cu/TiOx复合薄膜的电子态分析及其对亲水性的影响. 物理学报, 2010, 59(5): 3601-3606. doi: 10.7498/aps.59.3601
    [8] 高立, 张建民. 微量Mg掺杂ZnO薄膜的光致发光光谱和带隙变化机理研究. 物理学报, 2010, 59(2): 1263-1267. doi: 10.7498/aps.59.1263
    [9] 谢婧, 黎兵, 李愿杰, 颜璞, 冯良桓, 蔡亚平, 郑家贵, 张静全, 李卫, 武莉莉, 雷智, 曾广根. 射频磁控溅射法制备ZnS多晶薄膜及其性质. 物理学报, 2010, 59(8): 5749-5754. doi: 10.7498/aps.59.5749
    [10] 高立, 张建民. 带隙可调的Al,Mg掺杂ZnO薄膜的制备. 物理学报, 2009, 58(10): 7199-7203. doi: 10.7498/aps.58.7199
    [11] 李阳平, 刘正堂. 等离子体发射光谱诊断用于射频磁控溅射GaP薄膜的工艺参数优化. 物理学报, 2009, 58(7): 5022-5028. doi: 10.7498/aps.58.5022
    [12] 王振宁, 江美福, 宁兆元, 朱 丽. 磁控共溅射法制备的Zn2GeO4多晶薄膜结构及其光致发光研究. 物理学报, 2008, 57(10): 6507-6512. doi: 10.7498/aps.57.6507
    [13] 李阳平, 刘正堂, 刘文婷, 闫 峰, 陈 静. GeC薄膜的射频磁控反应溅射制备及性质. 物理学报, 2008, 57(10): 6587-6592. doi: 10.7498/aps.57.6587
    [14] 冯先进, 马 瑾, 葛松华, 计 峰, 王永利, 杨 帆, 马洪磊. 蓝宝石衬底SnO2:Sb薄膜的制备及结构和光致发光性质. 物理学报, 2007, 56(8): 4872-4876. doi: 10.7498/aps.56.4872
    [15] 王 楠, 孔春阳, 朱仁江, 秦国平, 戴特力, 南 貌, 阮海波. p型ZnO薄膜的制备及特性. 物理学报, 2007, 56(10): 5974-5978. doi: 10.7498/aps.56.5974
    [16] 李阳平, 刘正堂, 赵海龙, 刘文婷, 闫 锋. GaP薄膜的射频磁控溅射沉积及其计算机模拟. 物理学报, 2007, 56(5): 2937-2944. doi: 10.7498/aps.56.2937
    [17] 张锡健, 马洪磊, 王卿璞, 马 瑾, 宗福建, 肖洪地, 计 峰. 退火温度对低温生长MgxZn1-xO薄膜光学性质的影响. 物理学报, 2006, 55(1): 437-440. doi: 10.7498/aps.55.437
    [18] 张锡健, 马洪磊, 王卿璞, 马 瑾, 宗福建, 肖洪地, 计 峰. 射频磁控溅射法生长MgxZn1-xO薄膜的结构和光学特性. 物理学报, 2005, 54(9): 4309-4312. doi: 10.7498/aps.54.4309
    [19] 王玉恒, 马 瑾, 计 峰, 余旭浒, 张锡健, 马洪磊. 射频磁控溅射法制备SnO2:Sb薄膜的结构和光致发光性质研究. 物理学报, 2005, 54(4): 1731-1735. doi: 10.7498/aps.54.1731
    [20] 张德恒, 王卿璞, 薛忠营. 不同衬底上的ZnO薄膜紫外光致发光. 物理学报, 2003, 52(6): 1484-1487. doi: 10.7498/aps.52.1484
计量
  • 文章访问数:  3717
  • PDF下载量:  862
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-01-28
  • 修回日期:  2013-03-19
  • 刊出日期:  2013-07-05

高压退火对0.65PMN-0.35PT薄膜结构、形貌及电学性能的影响

  • 1. 长江师范学院, 凝聚态物理研究所, 重庆 408100;
  • 2. 盐城工学院, 材料科学与工程学院, 盐城 224051;
  • 3. 四川大学, 材料科学与工程学院, 成都 610064
    基金项目: 重庆市教委科学技术研究项目(批准号: KJ121317)和国家自然科学基金(批准号: 60771016)资助的课题.

摘要: 利用射频磁控溅射技术在LaNiO3/SiO2/Si(100)基底上制备了厚 度约为250 nm的0.65PMN-0.35PT(PMN-PT)薄膜. 研究高压氧氛围退火方式对PMN-PT薄膜晶体结构、形貌以及电学性能的影响. 经过XRD测试发现,在高压氧气氛围中, 温度为400℃下退火后的PMN-PT薄膜具有纯的钙钛矿相结构, 具有完全的(100)择优取向, 且衍射峰尖锐, 表明经过高压退火后的薄膜结晶极为充分. SEM表面形貌测试结果显示, 经高压退火处理的PMN-PT薄膜表面呈现出棒状或泡状的形貌. 铁电性能测试表明: 氧气氛围压强4 MPa, 退火时间4h的PMN-PT薄膜样品具有较好的铁电性能, 其剩余极化强度Pr达到10.544 C/cm2, 且电滞回线形状较好, 但漏电流较大, 这可能是由于其微结构所导致.同时介电测试发现: PMN-PT薄膜样品具有极好的介电性能, 其在1 kHz下测试的介电常数r达到913, 介电损耗tg 较小, 仅为0.065.

English Abstract

参考文献 (19)

目录

    /

    返回文章
    返回