La和Sr的摻雜對PZT薄膜電學性質的影響

李 偉，鄭 偉，丁長路，張宏宇

(重慶大學 新型微納米器件和系統技術重點學科實驗室，重慶 400040)

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鋯鈦酸鉛(PbZrTiO3，簡稱PZT)薄膜因其鐵電性、壓電性而被廣泛用于非揮發性的存儲器、聲表面波(SAW)器件、傳感器及制動器等微機電系統(MEMS)的研究[1-4]。PZT薄膜常用的制作方法有溶膠-凝膠(Sol-Gel)法、濺射法、脈沖激光沉積法(PLD)及有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)[3,5-6]。因為在晶體結構上薄膜材料與體材料相比存在較大差異，所以，PZT薄膜的壓電性、鐵電性都與PZT的體材料相比存在較大的差異。為了得到性能更好的PZT薄膜，人們做了很多研究。摻雜改性對于PZT薄膜是一種常見且有效的手段。摻雜的目的是用不同的離子取代PZT中的Pb2+，Zr4+，Ti4+。目前對 PZT 鐵電薄膜的摻雜改性主要分為等價摻雜和不等價摻雜兩類。等價摻雜的常見離子主要是Ca2+、Ba2+、Mn2+等堿土金屬離子及Sn4+、Hf4+等金屬離子；對于不等價摻雜，常見的摻雜離子主要有Nd3+，La3+，Bi3+等。

Dipti等研究了Ba2+對PZT介電陶瓷的等價摻雜，摻入后 Ba2+對Pb2+進行了取代，由于Ba2+半徑大于Pb2+半徑，引起晶胞結構改變，使介電陶瓷的微觀機構、鐵電性及介電性均有一定程度的變化[7]。Wang Zheng等研究了Nb5+摻雜對PZT薄膜結構和性能的影響。結果表明，摻雜Nb5+后，PZT薄膜的介電常數提高，在Nb5+和ZrTi的摩爾比為0.96∶0.04(即Pb1-x/2[(Zr0.52Ti0.48)1-xNbx]O3，x=0.04)時，其達到最大值1 776，且Nb5+摻雜后，PZT薄膜的殘余極化減小。同時，Nb5+摻雜量對介電損耗和矯頑場的影響較小[8]。孫秋等在襯底Pt/Ti/SiO2/Si上用Sol-Gel法沉積了Gd3+摻雜的PZT薄膜，摻雜后的PZT薄膜介電常數增加，這種介電與鐵電性能的改善與Gd3+在PZT晶格中的占位情況有關[9]。Chang Jung Kim 等在摻雜少量La3+元素的情況下，通過改變La3+元素的含量對PZT薄膜的疲勞性和滯留性進行了研究[10]?！?br>