1、鈣鈦礦型(ABO3)鐵電薄膜作為電子功能陶瓷領域里最重要的一類鐵電材料，具有優(yōu)異的非揮發(fā)存儲鐵電性以及其它多種重要的傳感特性:絕緣介電性、壓電性、熱釋電性、電光性等。能夠實現電能與電能、機械能與電能、熱能與電能以及光能與電能之間的相互轉換，為多種電子元器件的微型化與集成化創(chuàng)造了條件。在能源，國防，汽車，自動化等多個核心領域有著重要的應用前景。
　　值得注意的是，目前電子器件中使用的鐵電薄膜絕大多數為單一成分的多晶結構，按照晶粒取向

2、平均以后，具有較小的剩余極化強度和較差的電學性能，異質結構的界面調控作用變得十分微弱，也無法進行薄膜的成分調控，這嚴重制約了ABO3型鐵電薄膜異質結構的性能探索和高效應用。因此，對于ABO3型鐵電薄膜的取向生長，以及通過取向和異質結構設計進行性能調控的研究具有重要的理論意義和應用價值。
　　在實驗研究方面，本文基于BTO鐵電薄膜材料，運用多靶射頻磁控濺射的制備技術取向生長BTO基薄膜異質結構，研究薄膜的取向生長規(guī)律，以及“頂電極-

3、鐵電薄膜-底電極-基底”異質結構界面和取向對鐵電薄膜微觀結構和性能的調控作用。在理論方面，主要基于PZT鐵電薄膜，研究其壓電特性。本文主要的研究內容如下:
　　(1)調節(jié)磁控濺射鍍膜工藝參數，以LSCO為底電極，在STO、MgO等單晶基片上沉積BTO鐵電薄膜。研究射頻功率、濺射氣壓、鍍膜氣氛及降溫速率等對BTO薄膜晶體取向、微觀形貌以及電疇結構的影響。優(yōu)化實驗工藝條件后，進一步研究薄膜厚度對其性能的影響作用，為后續(xù)研究工作奠定實驗

4、基礎。
　　(2)分別采用貴金屬Pt和導電氧化物LSCO作為底電極，在(100)-MgO單晶基底上以相同的工藝條件沉積BTO薄膜。結果表明，底電極為Pt時，BTO薄膜為多晶結構;底電極為LSCO時，BTO薄膜為(001)外延單晶結構。但在(001)取向上介電性能較差，致包含其它取向的前者具有較優(yōu)的介電性能。另外，BTO薄膜的結晶結構可通過Pt電極層的織構取向來調控，而Pt的織構取向強烈依賴其生長溫度，低溫(200℃)為(111)高

5、度擇優(yōu)，隨著生長溫度的升高，逐漸由(111)向(200)轉變，溫度越高，(200)織構取向越明顯。
　　(3)選用鈣鈦礦結構的導電氧化物LSCO、LNO和SRO作為底電極，分別得到BTO/OBE/STO異質結構。所有BTO薄膜均是外延取向結構，并具有良好的鐵電性及高擊穿場強。比較分析發(fā)現，界面壓應力越大，BTO薄膜的介電常數和介電調諧率就越高;底電極功函數越大，薄膜的漏電流越大，越容易擊穿。同時運用金屬-半導體接觸理論，研究了這些

6、BTO/OBE異質界面空間電荷狀態(tài)和傳輸行為，理論計算出這些薄膜異質結構的界面勢壘高度(0.79-0.88eV)、空間電荷密度(5.14×1019-1.51×1020cm-3)、自由載流子濃度(3.7×1018-1.1×1019cm-3)、耗散層厚度以及界面層厚度(δ((V)))等特征物理量，并分析它們對BTO薄膜電學性能的調控作用。研究表明這些異質結構的界面電荷傳輸機制從低壓段到高壓段分別為肖特基、離子和Pool-Frenkel發(fā)射傳

7、導機制。
　　(4)選用不同取向的單晶基底材料，以SRO作為底電極，制備形成不同的BTO/SRO/Sub(hkl)異質結構。根據晶格匹配程度，探討薄膜的取向生長機理及其對電學性能的影響。結果表明，BTO薄膜的晶體結構受基底晶格常數和取向的影響。此外，BTO薄膜表現出強烈的電學性能各向異性，比較發(fā)現，(111)取向的BTO薄膜具有最佳的介電性能，(001)取向的BTO薄膜具有最佳的鐵電性能。另外，將BTO/LSCO/Sub異質結構制

8、成懸臂梁測量其壓電位移，發(fā)現通過使用不同的基底材料可以對BTO薄膜的壓電力常數e31,f進行有效的調控。
　　(5)用射頻磁控濺射在(100)-STO基底上沉積(001)高度擇優(yōu)取向的BTO-STO超晶格納米復合薄膜。由于超晶格界面應變的作用，其低頻介電常數可達等厚度BTO薄膜的3.6-4.5倍，且隨對稱超晶格組分厚度的減小而增大。
　　(6)運用連續(xù)介質力學，計算了“PZT外延鐵電薄膜--性基底”彈性耦合體的壓電系數隨異質