CaBi_(2)Nb_(2)O_(9)铁电薄膜的生长取向调控和性能研究OA北大核心CSTPCD

铋层状铌酸铋钙(CaBi_(2)Nb_(2)O_(9),CBN)铁电薄膜具有良好的铁电性能和疲劳特性,是铁电随机存储器的重要候选材料之一。铋层状结构薄膜a轴外延生长对其高质量集成和应用具有重要意义,然而CBN结构的各向异性使其根据晶体学调节自发极化更具挑战性。本研究采用脉冲激光沉积技术,在MgO(100)衬底上通过改变沉积温度的方式,实现了CBN薄膜的取向生长。在500、600和700℃沉积温度下分别生长出(115)、(200)和(00l)取向的CBN薄膜,并且随着沉积温度升高,CBN薄膜发生了(115)-(200)-(00l)取向的转变。扫描电子显微镜(SEM)结果表明,600℃是CBN薄膜在MgO衬底上高质量a轴外延生长的最优沉积温度,薄膜与衬底键合良好,粗糙度较低。高分辨X射线衍射(HRXRD)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析表明,(200)取向的CBN薄膜为异质外延生长,其与MgO衬底之间形成半共格界面,CBN/MgO异质结构外延关系为(100)[001]CBN//(100)[001]MgO。CBN界面处的(200)平均间距为0.5312 nm,结合晶格匹配关系,提出了一种可能的外延匹配方式:4个CBN晶胞共同占用5个MgO晶格。此外,通过压电力显微镜(PFM)发现了(115)取向CBN薄膜具有纳米畴结构,以及(200)取向CBN薄膜表现出良好的面外极化翻转。