PZNT／LSCO异质结的制备与反铁电性能研究.pdfVIP

第39卷第 1期 上海师范大学学报(自然科学版) Vo1．39．No．1 2010年 2月 JournalofShanghaiNormalUniversity(NaturalSciences) Feb．，2010 PZNT／LSCO异质结的制备与反铁电性能研究 潘 刚 ，王根水2，张 帅2，董显林2，刘世建3 (1．上海师范大学数理学院，上海200234；2．中国科学院上海硅酸盐所信息、功能材料与器件研究中心，上海200050； 3．上海电力学院数理系，上海200090) 摘 要：采用溶胶凝胶法在SiO2／Si(100)衬底上制备 了PbZro．96Ti0o3Nb 。O3／IJa0l05Sr0．05CoO3 (PZNT／LSCO)异质结，研究了该异质结构的表面形貌、结构特征、介电特性和储能特性．LSCO 具有非常特殊的表面形貌，PZNT／LSCO异质结为随机取向．研究给出了PZNT／LSCO异质结的 介电温谱．PZNT／LSCO的储能密度呈现随测试频率先增大后减小的趋势．在 500kV／cm电场 强度下，频率为 1kHz时，PZNT／LSCO具有最大的储能密度5．35J／cm． 关键词：PZNT；表面形貌；XRD；介电特性；储能密度 中图分类号：0482．2 文献标识码 ：A 文章编号：1000-5137(2010)01-0050-06 0 引 言 富Zr钙钛矿结构功能材料PbZrTi O，(PZT)具有反铁电特性，该特性可用作高密度储能电容器． 反铁电材料与线性储能材料相比具有高介电常数，与铁电储能材料相比，具有几乎为零的剩余极化和较 高的储能密度…，可用于高功率脉冲电源，如激光器、心脏起搏器 j、混合动力电动引擎_3等器件电源， 具有成本底、体积小等优点．据报道，La掺杂优化的反铁电薄膜PbZrO 具有高达 14．9J／cm 的储能密 度 ；而Nb掺杂的PZST的电滞回线与La掺杂的PZST相比具有更好的矩形特征，更适合储能应用 j． 因此，Nb掺杂改性的富zr钙钛矿反铁电材料PZT具有很高的研究价值． 反铁电薄膜材料制备和性能研究主要集中在采用 Pt底电极 ’和脉冲激光溅射 (PLD)制备方 法 ’，如文献 中报道大于60％存储电荷可以在少于7ns的时间内释放出来．但是，PZT／Pt异质结具 有晶格不匹配、漏电流大等缺点，而金属氧化物 La SroCoO (LSCO)底电极可以使其漏电流特性、疲 劳特性大为改善 ’加J，具有很好的应用前景．与PLD制备方法相比较，溶胶凝胶法 (sol—ge1)制备反铁 电薄膜具有成本低、化学组分容易控制的优点，已经被大量文献报道 ，“ ．因此，采用 sol—ge1法制备 PbZro96Ti0 Nb。0O3／Lao05Sroo5CoO，(PZNT／LSCO)异质结具有重要研究意义．本文作者报道了使用 s0l ． ∞ — gel法制备的PZNT／LSCO异质结，并研究了该异质结构的介电性能和储能特性． 1 实验方法 LSCO的溶胶前驱物采用醋酸盐体系 ，溶质为醋酸镧 (cH，CO0)，·1．5H：O、醋酸锶 Sr(CH，COO) ·0．5HO、醋酸钴Co(CH，COO) ·4H：O，溶剂为醋酸、去离子水和乙酰丙酮，体积比为5 ：1：1．先按 比例 (物质的量比为 1：1：2)称取醋酸镧、醋酸锶、醋酸钴，溶入于醋酸和水；加热至 收稿 日期：2009-04—15 基金项目：中国科学院 “百人计划”． 作者简介：潘 刚(1982一)，男，上海师范大学数理学院与中科院硅酸盐所联合培养硕士研究生 通讯作者 第 1期 潘 刚，王根水，张 帅，等：PZNT／LSCO异质结的制备与反铁电性能研究 51 60～80℃，回流以免醋酸挥发，使溶质完全溶解．再加人稳定剂乙酰丙酮，加热至 100～120℃，时间100 — 120rain，使得溶液回流混合均匀，蒸馏定容，将溶液浓度调整为0．3mol／mL，得到稳定的先驱溶胶． 采用乙二醇 甲醚体 系制备 PZNT溶胶 ．溶质为醋酸铅 Pb(CHCOO) ·3HO、丙醇锆 Zr(OCH，)、异丙醇钛Ti(OCH(CH，))、乙醇铌Nb(cHO)，溶剂为乙二醇甲醚．首先将醋酸铅加入