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摘要
钛酸钡(BaTiO3)具有优异的介电、铁电、压电和热释电等性能，在微电子机械系统和集成电路中有着广泛的应用。降低BaTiO3薄膜的制备温度使其与现有的CMOS-Si工艺兼容，已成为应用研究和技术开发中亟需解决的问题。本研究通过引入与BaTiO3晶格常数相匹配的LaNiO3作为缓冲层，以调控其薄膜结晶取向，在单晶Si（100）基底上450 ℃溅射制备了结构致密的柱状纳米晶BaTiO3薄膜。研究表明：450 ℃溅射温度在保持连续柱状晶结构和（001）择优取向的前提下，能获得相对较大的柱状晶粒（平均晶粒直径～27 nm），一定的残余应变也助其获得了较好的铁电和介电性能。剩余和最大极化强度分别达到了7 μC·cm-2和43 μC·cm-2。该薄膜有着良好的绝缘性，在0.8 MV·cm-1电场下，漏电流密度仅为10-5 A·cm-2。其相对介电常数εr展现了优异的频率稳定性：在1 kHz时εr为155，当测试频率升至1 MHz，εr仅轻微降低至145。薄膜的介电损耗较小，约为0.01～0.03 （1 kHz to 1 MHz）。通过电容-电压测试，该薄膜材料展示了高达51%的介电调谐率，其品质因子亦达到17（@1 MHz）。本研究所获得的BaTiO3薄膜在介电调谐器件中有着良好的应用前景。
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