铁电材料因具有铁电性、压电性、介电性、热释电性、电光性等多重特性，可广泛应用于电容器、谐振器、铁电存储器、声表面波器件、热释电器件等方面，引起了科研人员的关注^[1-4]。其中，锆钛酸铅（PbZr_xTi_1-xO₃，PZT）是钙钛矿型铁电材料的典型代表^[5]，由于其具有优越的铁电、介电、压电、热释电等特点，成为了研究者的一个研究热点。

早期，受到当时材料制备技术等方面的限制，普遍将PZT制成陶瓷块体材料。而PZT块体材料由于其体积较大，还具有工作频率低、工作电压高、与半导体工艺不兼容等缺点，限制了其进一步的发展。随着电子信息科技的不断发展，微电子技术与薄膜制备技术的突破^[6-7]，电子元器件开始向微型化、轻量化、集成化方向发展。薄膜技术的突破推动了PZT材料薄膜化的热潮。PZT材料本身固有的优点使得PZT薄膜在电容器、非挥发性铁电存储器、声表面波器件、微型压电传感器等方面得到了广泛应用，成为材料领域和新型功能元器件领域研究的前沿和热点之一。

然而，PZT铁电薄膜本身存在着一些缺陷。首先，PZT薄膜的介电性能有待提高并且矫顽场较大；其次，PZT铁电薄膜本身的损耗和漏电流较大使得PZT薄膜难于集成在各种器件上。随着材料制备技术的成熟，PZT铁电薄膜引起许多科研工作者的关注，掺杂改性作为改善PZT铁电薄膜的有效手段，可以一定程度改善铁电薄膜的微观结构和电学性能^[8-9]。

掺杂又可以分为施主掺杂、等价掺杂、受主掺杂三大类^[10-11]。施主掺杂是指高价态正离子取代PZT中的Pb² 、Zr⁴ 或Ti⁴ ，由于高价态取代低价态，为保持电中性使薄膜材料中引入正离子空位，由于离子半径和化学价态的差异，掺杂后的PZT薄膜晶体结构发生变化，进而引起机械品质因数下降，矫顽场降低，介电常数增加等变化^[12-13]。最近，Klissurska^[14]等人观察到Nb掺杂可以引起PZT薄膜铁电性质的变化，这种变化是由微观结构的变化和第二相烧绿石的量的变化而引起的。他们研究当PZT薄膜掺杂2.0mol％的Nb后，PZT薄膜的铁电性能会降低。后来，Araujo^[15]等人用氧化物前驱体法制备了Nb掺杂的PZT薄膜，含有5.0 mol％Nb的PZT薄膜与纯PZT薄膜相比，能获得更高的剩余极化值和更低的介电常数。Varela^[16]等人已经研究了Nb掺杂在PZT块状陶瓷中的作用当Nb的浓度为0.5mol％增加了PZT的剩余极化值并降低了矫顽场。因此，Nb掺杂有望改善PZT薄膜的性能。

以上研究表明，在PZT中引入Nb，可以改善薄膜的铁电、漏电及介电性能，主要原因是正五价的Nb离子作为施主离子掺杂，在替代ABO₃结构中的B位后能够抑制薄膜中氧空位的产生，从而有利于PZT铁电薄膜的性能改变，使获得铁电性能好、介电性能好、漏电流小的PZT薄膜成为可能。

为了提高PZT薄膜的电学性能，本课题拟采用掺杂离子的方式来提高其电学性能，探究不同含量的Nb对PZT薄膜电学性能的影响，得到最佳的掺杂浓度，获得电学性能良好的PZT薄膜。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1、不同Nb掺杂浓度的PZT薄膜的制备

采用溶胶-凝胶法制备PZT前驱体溶液，并引入不同浓度的Nb，采用旋涂工艺制备不同Nb掺杂浓度的PZT薄膜。

2、 Nb掺杂对PZT铁电薄膜微观结构和电学性能的影响研究