取向相關的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3外延薄膜的相圖和介電性能*

白剛 林翠 劉端生 許杰 李衛 高存法

1) (南京郵電大學電子與光學工程學院、微電子學院, 南京 210023)

2) (南京大學固體微結構物理國家重點實驗室, 南京 210093)

3) (南京航空航天大學機械結構力學控制國家重點實驗室, 南京 210016)

1 前 言

鐵電薄膜材料具有優異的鐵電、介電、壓電、熱電和電光性能, 被廣泛應用于電容器、非易失性存儲器、壓電傳感器、驅動器、紅外探測器、光電器件等電子器件中, 在現代電子技術中發揮著重要作用[1,2].由于與基底(襯底)的晶格不匹配而導致薄膜內產生失配應變, 大量的實驗和理論研究表明,失配應變可以顯著調控外延薄膜的物理性能, 包括相變溫度、相結構類型與相穩定性、鐵電性能、介電壓電性能等[3-6].例如, 大的壓應變可以顯著提高(001)取向BaTiO3薄膜的居里溫度和剩余極化強度[7], 張應變會誘發量子順電體SrTiO3薄膜的鐵電性[8].另外沉積在柔性基地上的鐵電薄膜在彎曲、拉、壓下也會產生應變, 甚至產生更大的應變,因此應變工程是調控鐵電薄膜相變及物性的一種有力手段.

另外, 控制薄膜取向也是一種重要的調節物理性能的途徑.當薄膜處于不同的機械邊界條件下,改變基底的取向, 可以穩定不同晶體的對稱相.目前, 關于鐵電薄膜的理論和實驗研究主要集中在應變調控(001)取向薄膜的性能上, 而對(110)和(111)取向薄膜性能的研究相對較少.隨著現代薄膜制備技術的迅猛發展, 現在已經可以十分精確地控制鐵電薄膜的晶體取向.已有實驗工……