鋯鈦酸鉛(Pb(Zr0.52Ti0.48)O3)材料系統之分子模擬與大型靶材與厚膜製程研究

The study of lead zirconate titanate (Pb(Zr0.52Ti0.48)O3)-based ferroelectric system: CASTEP calculations and processing of large targets and thick films.

潘弘祥(Hung-Shiang Pan)

指導教授 ： 謝宗霖

國立臺灣大學/工學院/材料科學與工程學研究所/碩士(2006年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2006.02789

摘要

本論文主要是利用材料模擬的方式計算添加氧化物之鋯鈦酸鉛在自發性極化上的提升效果並挑選性質最佳者來製作靶材與厚膜。此研究分為相關之三個方向：

1. 利用第一原理計算鋯鈦酸鉛於添加不同氧化物時，其自發性極化量提升的情形。PbZr0.5Ti0.5O3在自發性極化的計算上，模擬計算值為78 μC/cm2。之後，計算添加鈮離子6.67 mol%可得到自發性極化值114 μC/cm2；而同時添加6.67 mol%鎳離子與鈮離子時自發性極化值為107 μC/cm2，發現在自發性極化值上皆有提升，藉此判斷兩者在鐵電性質上應當有不錯的表現。
2. 為了得到鐵電性質優良的鋯鈦酸鉛系統之薄膜，根據計算的結果，我們知道添加有氧化鈮的鋯鈦酸鉛在鐵電性質上應當有不錯的表現，因此利用此材料成功製作出大型三吋靶材。配合力電耦合的實驗，量測該靶材中部份塊材的電容率(permittivity ε33)和壓電常數(piezoelectric coefficient d33)變化情形。ε33和d33會隨著壓應力的增加，先上升(0 – 25.4 MPa)而後下降(25.4 MPa 以上)，可知鋯鈦酸鉛塊材在適當的應力下將可對鐵電性質有所貢獻。
3. 根據計算的結果我們知道同時添加氧化鈮和氧化鎳的鋯鈦酸鉛在自發性極化值上也有提升，在鐵電性質上也應當有不錯的表現。而為了能夠在微機電系統上應用這類鎳、鈮同時添加的鋯鈦酸鉛，我們將結合氣膠沉積法(Aerosol Deposition Method)來鍍製厚度為15μm及25μm的厚膜。並選擇兩種熱處理溫度（500℃、600℃）進行退火。發現在電性的表現上，以500℃熱處理下15μm厚膜最佳，其性質如下：施加100Hz的電場下，測出矯頑電場(Ec)為8.0 MV/m，殘留極化值（Pr）為18 μC/cm2。並從遲滯曲線的量測，來探討該厚膜極化疲勞的現象和極化的難易程度。

關鍵字

鋯鈦酸鉛 ； 第一原理計算 ； 力電耦合 ； 厚膜

並列摘要

無資料

並列關鍵字

PZT ； first-principles ； uniaxial compressive stresses ； thick films

參考文獻

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