趙麗麗 張智翔 高永進(jìn) 翟春雪 何崇斌

西北大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710127

鍶鋇比及膜厚對(duì)鈦酸鍶鋇薄膜介電行為的影響

趙麗麗 張智翔 高永進(jìn) 翟春雪 何崇斌

西北大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710127

采用溶膠-凝膠法制備不同鍶鋇比、不同膜厚的鈦酸鍶鋇薄膜，研究了薄膜的介電行為。性能測(cè)試表明，在不同的鍶鋇比的鈦酸鍶鋇薄膜中，介電性能最好的鍶鋇比為0.5:0.5，此時(shí)介電系數(shù)最大介電損耗最?。荒ず衽c薄膜的介電系數(shù)呈線性關(guān)系，隨膜厚增加薄膜的介電系數(shù)線性增加。

溶膠-凝膠法；鈦酸鍶鋇薄膜；介電性能；鍶鋇比

引言

材料的組分決定了材料的性能，鈦酸鍶鋇薄膜是一種環(huán)境友好的、鈦酸鍶和鈦酸鋇全范圍的固溶體，由于其鍶鋇比可調(diào)而具有優(yōu)秀的微波介電可調(diào)性而得到廣泛關(guān)注。目前關(guān)于其研究主要涉及：一、采取各種辦法制備高擇優(yōu)取向薄膜，根據(jù)晶體的介電各向異性來提高膜介電性能[1-2]；二、摻雜及其對(duì)介電性能的改進(jìn)[3-4]；三、結(jié)構(gòu)、缺陷的研究[5-6]等等。

筆者從鍶鋇比的選擇著手制備了不同鍶鋇比的鈦酸鍶鋇薄膜，考察了鍶鋇比對(duì)膜介電性能的影響和膜厚對(duì)鈦酸鍶鋇介電性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

按（鍶+鋇）：鈦＝1：1（物質(zhì)的量比）的比例，稱取醋酸鍶和醋酸鋇（Sr/Ba值分別為：0.1:0.9、0.2:0.8、0.3:0.7、0.4:0.6、0.5:0.5和0.6:0.4），溶于適量的冰醋酸和乙二醇甲醚混合溶液中，攪拌30分鐘，加入幾滴乙酰丙酮，繼續(xù)攪拌30分鐘。然后將混合溶液倒入等摩爾的鈦酸丁酯中，再攪拌45分鐘，得到淺黃色清澈透明的溶膠。溶膠陳化2天后甩膠，甩膠層數(shù)分別為5、6、7、8、9層，每層均經(jīng)過120℃熱處理，最后在700℃(2h)制備鈦酸鍶鋇薄膜。

薄膜的相結(jié)構(gòu)采用日本Rigaku的D/max-3c型X射線衍射儀測(cè)試，微觀結(jié)構(gòu)采用日本Shimadzu的SPM9500J3型原子力顯微鏡進(jìn)行觀察，并采用LCR DATABRIDGE 2018A測(cè)試薄膜的介電性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 鍶鋇比對(duì)鈦酸鍶鋇薄膜介電性能的影響

采用溶膠-凝膠法甩膜9層制備不同鍶鋇比的鈦酸鍶鋇薄膜，對(duì)其介電性能的測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

由圖1(a)可見，隨著鈦酸鍶鋇膜中鍶含量的增加膜的介電系數(shù)增加。各個(gè)頻率的測(cè)試都表明，在鍶鋇比為0.5:0.5時(shí)(即Ba0.5Sr0.5TiO3)，薄膜的介電系數(shù)最大，同時(shí)在10kHz和100kHz下薄膜的介電系數(shù)明顯高于0.1kHz和1kHz狀態(tài)下。圖1(b)的變化趨勢(shì)說明，在Sr/Ba值在0.1:0.9～0.5:0.5的范圍內(nèi)時(shí)，膜的介電損耗隨鍶含量的增加大致呈減小的趨勢(shì)，當(dāng)鍶鋇比為0.5:0.5時(shí)，介電損耗最小，Sr/Ba值大于0.5:0.5時(shí)，膜的介電損耗增加；并且10kHz和100kHz下薄膜的介電損耗明顯低于0.1kHz和1kHz狀態(tài)下?？傮w來講，圖1說明，當(dāng)鍶鋇比為0.5:0.5時(shí)膜的介電系數(shù)最大而介電損耗最小。

圖1 鈦酸鍶鋇膜的鍶含量x與介電系數(shù)和介電損耗的關(guān)系

圖2 膜厚與介電系數(shù)的關(guān)系

2.2 膜厚對(duì)薄膜介電性能的影響

采用溶膠-凝膠法制備Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜，分別甩膜5、6、7、8、9層，研究膜厚對(duì)介電性能的影響，測(cè)量結(jié)果如圖2。

由圖2可見，薄膜的相對(duì)介電常數(shù)與膜厚呈線性相關(guān)，相對(duì)介電常數(shù)隨膜厚增加而線性增加。因此，從器件性能出發(fā)，在尺寸允許的范圍內(nèi)，選擇盡量厚的膜有利于提高器件的介電性能。

3 結(jié)論

采用溶膠-凝膠法制備了鈦酸鍶鋇薄膜，研究了鍶鋇比和膜厚對(duì)薄膜介電性能的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，鍶鋇比為0.5:0.5時(shí)，即Sr0.5Ba0.5TiO3薄膜具有最大的介電系數(shù)和最小的介電損耗；隨膜厚增加，Sr0.5Ba0.5TiO3薄膜的介電系數(shù)線性增加。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.06.016

陜西省教育廳自然科學(xué)項(xiàng)目（08JK462）；陜西省科技廳自然科學(xué)項(xiàng)目（SJ08-ZT04）

趙麗麗，山西臨汾人，副教授，從事新型電子材料與元器件研究。