【摘 要】
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近年来,铁电材料由于铁电存储器的实现被广泛研究。但现有用于铁电存储器的两种铁电材料PZT和SBT存在着或多或少的缺点,所以性能更优的铁电存储介质仍被人们期待着。具有层状钙
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近年来,铁电材料由于铁电存储器的实现被广泛研究。但现有用于铁电存储器的两种铁电材料PZT和SBT存在着或多或少的缺点,所以性能更优的铁电存储介质仍被人们期待着。具有层状钙钛矿结构铁电材料Bi<,4>Ti<,3>O<,12>(BTO),由于有很大的自发极化(Ps=40~50μC/cm<,2>),成为倍受关注的铁电存储器的候选材料。但是这种材料的薄膜剩余极化小,而且抗疲劳性能差,因此需要通过掺杂改善性能。本文研究了在B位使用多种不同离子掺杂的BiT陶瓷材料,并且讨论了掺杂改善材料性能的可能原因。具体工作如下:
1.用固相反应的方法制备了B位掺Hf、V、Zr、Ta的Bi<,4>Ti<,3>O<,12>陶瓷并测量了它们的铁电性能:发现这些陶瓷的晶体结构随掺杂没有改变,并且剩余极化相对纯的BiT有了很大的提高,而且疲劳性能也有明显的改善。
2.研究并总结了A、B位掺杂影响BTO陶瓷材料铁电性能的机理。A位掺杂可改变电畴组态、氧空位浓度从而改善材料的疲劳性能。B位掺杂改善铁电性能的四种机制如下:一是由于离子半径的不同导致氧八面体畸变增加,进而增大2Pr;二是对于高价离子(Nb<5+>,W<6+>,V<5+>等)掺杂,由于其电荷数比Ti<4+>多,产生的偶极距大,因此对剩余极化也有一定的贡献;三是掺杂离子和氧离子的电子轨道杂化可以导致氧八面体畸变的增大,从而增大材料的剩余极化;四是高价掺杂可以抑制氧空位的产生,减小氧空位浓度,从而使得其抗疲劳能力有所改善。
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