簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 郭雅翎
Ya-Ling Kuo
論文名稱: 溶凝膠法製備鐵、鈮、鈦摻雜之鋯酸鉛鋇薄膜
Fe-, Nb-, and Ti-doped (Pb,Ba)ZrO3 thin film prepared by sol-gel process
指導教授: 吳振名
Jenn-Ming Wu
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 材料科學工程學系
Materials Science and Engineering
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 116
中文關鍵詞: 鋯酸鉛鋇鐵摻雜鈮摻雜鈦摻雜調變鈣鈦礦順電相
外文關鍵詞: PBZ, Fe-doped, Nb-doped, Ti-doped, tunable, paraelectric, perovskite
相關次數: 點閱:2下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本實驗以化學溶液溶凝膠法(sol-gel)在白金基板上成功鍍製平整緻密的鋯酸鉛鋇,(Pb0.6,Ba0.4)ZrO3 (PBZ)薄膜,並以鐵(Iron, Fe)、鈮(Niobium, Nb)、及鈦(Titanium, Ti)等元素作1%、5%、10%的摻雜。實驗中所選用的摻雜元素均為針對鋯位置的取代,除了摻雜元素種類及濃度的變化外,亦對熱處理溫度對薄膜性質的影響加以探討。
    鐵元素的摻雜大幅改變了PBZ的微觀形貌,介電常數與調變值都得到大幅的改善,而因價數差異造成缺陷平衡的改變,使漏電流行為發生了改變;鈮元素的摻雜有效降低了散逸因子,同時調變值的提高使優異值(Figure of merit)非常優秀,漏電流對電場的行為亦非常穩定;而鈦元素雖然在鈦酸鉛鋇(PZT)中被認為是造成疲勞的主要原因,但對於PBZ的介電常數與調變值有很大的幫助,即使損失提高,但其優異值仍較摻雜前薄膜出色。


    第一章 前言 1 1-1 簡介 1 1-2 研究動機 3 第二章 文獻回顧 5 2-1 介電材料 5 2-1.1 介電原理 5 2-1.2 晶格結構與介電特性 8 2-1.3 鈣鈦□結構 9 2-1.4 順電相、鐵電相、與反鐵電相 10 2-2 鐵電材料 12 2-2.1 鐵電薄膜 12 2-2.2 記憶體相關應用 13 2-2.3 微波元件相關應用 15 2-2.4 鐵電薄膜之製程 17 2-3 元素添加 21 2-3.1 等價置換 21 2-3.2 受體摻雜 21 2-3.3 施體摻雜 22 2-4 鋯酸鉛鋇 (PBZ)系列簡介 23 2-4.1 PBZ的基本特性 23 2-4.2 PBZ之介電性質 23 2-4.3 PBZ之相關研究 25 第三章 實驗流程 37 3-1 鋯酸鉛鋇(PBZ)薄膜製作 37 3-1.1 基板的製備 37 3-1.2 前趨物配製 37 3-1.3 薄膜的鍍製 38 3-1.4 上電極的製作 39 3-2 薄膜性質量測 40 3-2.1 結構分析 40 3-2.2 微觀結構與厚度分析 40 3-2.3 電性分析 41 第四章 結果與討論 46 4-1 未摻雜之PBZ 46 4-1.1 X光結晶繞射 46 4-1.2 SEM微觀結構 46 4-1.3 電滯曲線 47 4-1.4 介電常數 48 4-1.5 散逸因子 50 4-1.6 調變值與優異值 51 4-1.7 漏電流行為 52 4-2 鐵(Fe)摻雜之PBZ 54 4-2.1 X光結晶繞射 54 4-2.2 SEM微觀結構 54 4-2.3 電滯曲線 56 4-2.4 介電常數 56 4.2-5 散逸因子 59 4.2-6 調變值與優異值 60 4.2-7 漏電流行為 61 4-3 鈮(Nb)的摻雜 62 4-3.1 X光結晶繞射 62 4-3.2 SEM微觀結構 62 4-3.3 電滯曲線 63 4-3.4 介電常數 63 4-3.5 散逸因子 65 4-3.6 調變值與優異值 66 4-3.7 漏電流行為 66 4-4 鈦(Ti)的摻雜 67 4-4.1 X光結晶繞射 67 4-4.2 SEM微觀結構 67 4-4.3 電滯曲線 69 4-4.4 介電常數 69 4-4.5 散逸因子 70 4-4.6 調變值與優異值 72 4-4.7 漏電流行為 72 第五章 綜合比較 106 5-1 PBZ與BST之比較 106 5-2 摻雜效果之比較 107 第六章 結論 110

    [1] 干福熹等編, ”資訊材料”, 新文京開發出版 (2004)
    [2] Mei-Hai Wu and Jenn-Ming Wu, “Lead barium zirconate perovskite films for electrically tunable applications”, Appl. Phys. Lett. 86, 022909 (2005)
    [3] S. K. DEY et al., ”Microstructural and Dielectric Properties of High Permittivity (Pb, Ba) ZrO3 Thin Films by Sol-Gel Processing”, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39, p. L 921 (2000)
    [4] J. H. Tseng and T. B. Wu, “Ferroelectric lead barium zirconate thin film of high fatigue resistance”, Appl. Phys. Lett., Vol. 78, No. 12, p.1721 (2001)
    [5] Du et al. “Crystal orientation dependence of piezoelectric properties of lead zirconate titanate near the morphotropic phase boundary”, Appl. Phys. Lett., Vol. 72, p.2421(1998)
    [6] Park SE, Shrout TR, ”Ultrahigh strain and piezoelectric behavior in relaxor based ferroelectric single crystals” J. Appl. Phys. 82 (4), p.1804 (1997)
    [7] L. E. Cross, “Relaxor ferroelectrics”, Ferroelectrics 76, p.241 (1987)
    [8] W. Hofnan et al., “Dopant influence on dielectric losses, leakage behaviour, and resistance degradation of SrTiO3 thin films”, Thin Solid Films 305, p.66 (1997)
    [9] Christopher Hammond, ”The Basics of Crystallography and Diffraction, 2nd edition”, Oxford New York (2001)
    [10] 吳泰伯,許樹恩, “X光繞射原理與材料結構分析”, 中國材料學會(1993)
    [11] Y. Xu, ”Ferroelectric Materials and Their Applications”, North-Holland, Netherlands (1998)
    [12] Yet-Ming Chiang,Dunbar Birnie Ⅲ, W. David Kingery, “Physical Ceramics”, John Wiley & Sons, Inc. (1997)
    [13] 吳朗, “電子陶瓷:介電”, 全欣科技圖書 (1994)
    [14] Relva C. Buchanan, “Ceramic Materials for Electronics.”, Marcel Dekker, Inc. New York. Basel (2004)
    [15] Kenji Uchino, “Ferroelectric Devices”, Marcel Dekker, Inc. New York .Basel (2000)
    [16] Wersing W, “Microwave ceramics for resonators and filters ”, Current Opinion In Solid State & Materials Science 1 (5) p. 715 (1996)
    [17] S. S. Gevorgian, and E. L. Kollberg, “Do We Really Need Ferroelectrics in Paraelectric Phase Only in Electrically Controlled Microwave Devices”, IEEE Tran. Micro. Theory Tech. 49(11), p.2117 (2001).
    [18] D. Galt, J. C. Price, J. A. beall, and R. H. ono, “Characterization of a Tunable thin Film Microwave YBa2Cu3O7-x/SrTiO3 Coplanar Capacitor ”, Appl. Phys. Lett. 63(22), p.3078 (1993).
    [19] 劉恆睿, “利用磁控濺鍍法在鎳酸鑭底電極上沈積鋯鈦酸鋇薄膜作為微波變容器之研究”, 清華大學, 碩士論文, (2003).
    [20] Robert W. Schwartz, “Chemical Solution Deposition of Perovskite Thin Films”, Chem. Mater. p.2325 (1997)
    [21] A. J. Moulson, and J. M. Herbert, “Electroceramics”, Chapman and Hall (1990)

    [22] B.P. Pokharel, D. Pandey, “Dielectric studies of phase transitions in (Pb1-xBax)ZrO3”, J. Appl. Phys. 88, p.5364 (2000).
    [23] S. Roberts, “Dielectric Properties of Lead Zirconate and Barium-Lead Zirconate”, J. Am. Ceram. Soc. 33, p.63 (1950)
    [24] X. Dai, J. Li, D. Viehland, “Weak ferroelectricity in ntiferroelectric lead zirconate”, Phys. Rev., B 51, p.2651 (1995)
    [25] 洪正隆,”鑭系元素添加及人工晶格結構之鋯酸鉛鋇薄膜於鐵電記憶體應用之研究”,國立清華大學,博士論文 (2004)
    [26] 曲遠方, ”功能陶瓷材料”, 曉園出版有限公司 (2006)
    [27] B. Jaffe, W. R. Cook, and H. Jaffe, “Piezoelectric Ceramics“, Academic, London (1971)
    [28] T. Bongkarn et al. “Effect of excess PbO on phase formation and properties of (Pb0.90Ba0.10)ZrO3 ceramics”, Materials Letters, 59, p.1200 (2005)
    [29] K. Torii et al. “Dielectric Properties of RF-Magnetron-Sputtered (Ba, Pb)(Zr, Ti)O3 Thin Films” Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 31, p.2989 (1992)
    [30] M. Adamczyk et al. “Effect of Nb doping on the relaxor behaviour of (Pb0.75Ba0.25)(Zr0.70Ti0.30)O3 ceramics”, Journal of the European Ceramic Society, 26, p.331 (2006)
    [31] Adamczyk, Ujma, and Han´derek, “Relaxor behavior of La-modified (Pb0.75Ba0.25)(Zr0.70Ti0.30)O3 ceramics”, J. Appl. Phys., Vol. 89, No. 15, p.42 (2001)
    [32] Pan, Rayne and Bender, ” Dielectric Properties of Niobium and Lanthanum Doped Lead Barium Zirconate Titanate Relaxor Ferroelectrics ”, Journal of Electroceramics, 14, p.139 (2005)

    [33] F.M. Pontes et al., “Study of the dielectric and ferroelectric properties of chemically processed BaXSr1-XTiO3 thin films”, Thin Solid Films 386 p.91 (2001)

    無法下載圖示 全文公開日期 本全文未授權公開 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)

    QR CODE