Abstract
本實驗成功地利用脈衝雷射鍍膜法（pulsed laser deposition，PLD）在低溫下製備出具有極化偏移特性的 PZT 梯度鐵電薄膜。實驗中分別討論不同的成份組合、梯度方向、及退火溫度對 PZT 梯度薄膜結晶性、鐵電特性、及焦電特性的影響，並特別就電場與溫度的變化來分析 PZT 梯度薄膜特有的極化偏移現象。研究中發現 PZT 薄膜與白金基板間的晶格匹配度是影響梯度薄膜結晶性的主要原因之一。當晶格不匹配度過高時，將在薄膜內形成殘留界面應力，抑制鈣鈦礦相的結晶，形成二次相的殘留。利用與白金基板晶格匹配度較好的成份為底層薄膜所製備出的 PZT 梯度薄膜不但具有較佳的結晶性，在極化偏移特性上亦有較優秀的表現。實驗中發現 PZT 梯度薄膜之極化偏移現象對於外加電場及溫度的變化極為敏感。在溫度固定的情況下，PZT 梯度薄膜之極化偏移量將隨著電場的增加而增加。此極化偏移量最大可達321.93 □C/cm2，約為一般均質 PZT 薄膜之殘留極化強度的 10 倍。利用 PZT 梯度薄膜所特有的極化偏移特性，我們可以得到相當優秀的有效焦電係數：peff=9.83 □C/cm2∙℃，約為一般均質 PZT 薄膜傳統焦電係數的 100~200 倍。 利用同樣之梯度薄膜製程原理，我們可以製備出複合不同 PZT 成份之多層薄膜。多層薄膜為具有接近連續成份梯度變化之薄膜，利用組合不同的 PZT 成份所形成的多層薄膜可以同時具有高殘留極化強度及低矯頑電場的優點。我們發現複合雙重結晶結構（以 PZT（75/25）為頂層，PZT（25/75）為底層）於多層薄膜中可以得到最佳化的鐵電特性：Pr=25.13 □C/cm2，Ec=55.80 kV/cm。