摘要
四方相Mn掺杂Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(Mn-PIMNT)弛豫铁电单晶具有高的热释电、铁电及介电性能，同时兼有极高的居里温度和热稳定性，是制备红外探测器的有力候选材料。与弛豫铁电单晶相比较，铁电薄膜具有集成度更高、热容低、响应更快、相对成本较低等优势。因此，提出将四方相Mn-PIMNT弛豫铁电单晶薄膜化。本论文旨在通过调控薄膜制备及后处理工艺，制备出兼有高的热释电系数和优值、宽的温度使用范围的高居里点弛豫铁电薄膜，主要研究内容及结果如下： 首先采用固相法制备四方相1%Mn-0.29Pb(In1/2Nb1/2)O3-0.29Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.42PbTiO3[Mn-PIMNT(0.29/0.29/0.42)]陶瓷。研究了烧结温度对陶瓷样品的相结构、收缩率、应变行为及热释电等电学性能的影响规律。结果表明烧结温度为1255℃的陶瓷具有良好的铁电及热释电性能，居里温度高达271℃，矫顽场为20kVcm-1，介电损耗低至0.006，压电系数为139pCN-1，室温下的热释电系数为1.5×10-4Cm-2K-1，探测度优值为0.76×10-5Pa-1/2。高的居里温度和大的矫顽场使得该四方Mn-PIMNT陶瓷可应用于工作温度范围宽和大功率的器件中。同时，该项研究也为后续薄膜的制备奠定了良好的基础。 利用脉冲激光沉积技术(PLD)在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备La0.6Sr0.4CoO3(LSCO)缓冲层，进一步在LSCO缓冲层上制备四方Mn-PIMNT(0.29/0.29/0.42)薄膜。深入研究了氧压、衬底温度和薄膜厚度对薄膜相结构、微观形貌及介电等电学性能的影响规律。在氧压为15Pa，衬底温度为500℃的优化沉积条件下，制备出的Mn-PIMNT(0.29/0.29/0.42)薄膜具有纯的四方钙钛矿结构，表面致密平整。在此基础上，制备了不同厚度的Mn-PIMNT(0.29/0.29/0.42)薄膜，随着厚度从200nm增加到500nm，薄膜的介电常数由136.4增大到2939；介电损耗从2.06减小到0.07；矫顽场从5.5kVmm-1相应减小至4kVmm-1。 本论文中制备厚度为500nm薄膜具有良好的介电、铁电和热释电性能。在原位直流电场的作用下，观察到180°的电畴反转和蝴蝶形压电响应。低场下的漏电流密度为2.5×10-8Acm-2，居里温度为270℃，高于三方Mn-PIMNT(36/26/28)薄膜的居里温度85℃(该薄膜的居里温度为185℃)。矫顽场为4kVmm-1，剩余极化为20μCcm-2,室温下的热释电系数为2.23×10-4Cm-2K-1，优于商业的PZT薄膜(热释电系数为1.55)，介电损耗为0.07，探测度优值为2.35×10-5Pa-1/2。这些结果表明该薄膜在热释电探测器件中具有良好的应用前景，可以拓宽器件的工作温度范围。
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