BNT-KBT-BT薄膜的制備及外場下電疇翻轉

蘇 敏，袁 琪，王 偉，詹 科，王現英，祝元坤

(上海理工大學 材料科學與工程學院，上海 200093)

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BNT-KBT-BT薄膜的制備及外場下電疇翻轉

蘇 敏，袁 琪，王 偉，詹 科，王現英，祝元坤

(上海理工大學 材料科學與工程學院，上海 200093)

采用金屬有機物熱分解法在Pt/Ti/SiO2/Si基底上制備了0.85(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.10(K0.5Bi0.5)TiO3-0.05BaTiO3(85BNT-10KBT-5BT)薄膜。通過X射線衍射儀、掃描探針顯微鏡(SEM)、壓電力顯微鏡(PFM)等對薄膜的結構和外場下的電疇演變進行了表征及研究。結果表明，該薄膜微觀結構主要由鈣鈦礦相和少量的焦綠石相組成，表面無明顯裂紋和孔洞，其最大壓電系數d33=150 pm/V；通過PFM觀察到在電場作用下，其電疇可實現180°翻轉，在力場作用下其電疇可實現90°翻轉，并結合微觀結構對電疇在外場下的演變機理進行了研究。該研究為鐵電薄膜在MEMS中的應用提供了參考。

85BNT-10KBT-5BT薄膜；金屬有機物熱分解法；PFM；電疇翻轉；壓電性能

SU Min, YUAN Qi, WANG Wei, ZHAN Ke, WANG Xianying, ZHU Yuankun

(School of Materials Science and Engineering, University of Shanghai for Science &Technology,Shanghai 200093, China)

傳統鐵電薄膜主要以鉛基鐵電薄膜為主，但這種材料在高溫燒結和加工時會產生有毒物質PbO[1]，這將不可避免的對環境造成危害。因此，新型無鉛鐵電薄膜成為材料科學領域研究熱點[2-4]。(Bi0.5Na0.5)TiO3(BNT)本身具有較強的鐵電性，居里溫度為320 ℃，剩余極化強度Pr=38 μC/cm2。然而，BNT具有較大的矯頑場(Ec=73 kV/cm)，使得其極化困難[5]。通過調控化學組分形成準同型相，可優化其電學性能。目前，已有文獻報道關于BNT基鐵電薄膜通過調控化學組分來提高其壓電性能，如添加BaTiO3(BT)[6]、Bi0.5K0.5TiO3(BKT)[7]，NaNbO3(NN)[8]和Bi(Zn0.5Ti0.5)O3(BZT)[9]等。

已有研究報道BNT-KBT-BT存在準同型相結構[10-12]，但少有研究關于BNT-KBT-BT電疇翻轉。鐵電材料的宏觀性能和電疇密切相關。對鐵電材料而言，對電疇的研究是深入了解鐵電體宏觀性質的基本途徑之一。……