Gd掺杂PZT铁电薄膜的溶胶-凝胶制备及微观结构和铁电性研究

【作者】 孙秋； 王福平； 姜兆华；

【机构】 哈尔滨工业大学应用化学系；

【摘要】 采用溶胶-凝胶技术制备稀土Gd掺杂的PZT（PGZT）前驱体溶胶;采用气相色谱与质谱联用（GC-MS）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）技术对PGZT溶胶形成过程中的各步反应进行分析,根据各步反应体系中以及馏分中的物质,推测出PGZT溶胶的形成机制。以（111）Pt/Ti/Si O2/Si（001）为衬底,采用旋涂法制备PGZT薄膜,X射线衍射（XRD）分析解果表明,450℃预烧,650℃快速热处理得到的薄膜为（100）择优取向。用扫描电镜（SEM）对稀土Gd不同掺入量的薄膜的表面和断面形貌进行分析,用原子力显微镜（AFM）对薄膜的粗糙度进行分析。薄膜的表面平整,无裂纹;各层间界面清晰,无明显扩散。PGZT薄膜铁电性能测试结果表明,1mol%Gd-PZT薄膜的剩余极化强度（2Pr）为58.642μC/cm²,矫顽场强度为100k V/cm,经10¹⁰次极化循环后,剩余极化值仅减小20%。当Gd掺入量大于1mol%时,薄膜的剩余极化强度减小,矫顽场增大。对稀土Gd³⁺掺杂改性机理进行分析,可能是由于稀土掺入量小于1mol%时,稀土起施主掺杂剂作用,而施主掺杂可以明显改善PZT的疲劳特性;当稀土掺入量大于1mol%时,稀土起受主掺杂剂作用。更多还原