Die Verbesserung der Energiespeichereigenschaften von bleifreien dielektrischen Kondensatoren ist ein wichtiger Aspekt in der heutigen Mikroelektronikindustrie. Dieses Ziel gewinnt zunehmend an Bedeutung in dem Bestreben, bleifreie Geräte zu entwickeln, die Normen für bleihaltige Eigenschaften einhalten und gleichzeitig die mit der Verarbeitung und den Endprodukten verbundene Toxizität minimieren. Dünnschichten auf Basis von BiMg2/3Nb1/3O3 zeigen vielversprechende Energiespeichereigenschaften aufgrund der Unterbrechung der langen Reichweite der ferroelektrischen Ordnung. Das relaxor-ähnliche Verhalten führt im Vergleich zu Ferroelektrika zu schlankeren Hystereseschleifen zwischen Polarisation und elektrischem Feld (PE-Schleifen) und damit zu geringeren Energieverlusten bei gleichzeitiger Beibehaltung einer hohen Permittivität. Die Verwendung von Dünnschichttechnologie an Stelle von Bulk-Keramik ist entscheidend für die Geräteminiaturisierung und steigert die Energiedichte, sowie die Durchbruchsfelder durch verbesserte Mikrostruktur und Texturförderung.
In dieser Arbeit wurden Dünnschichten basierend auf (1-x)Bi(Mg2/3Nb1/3)O3–xBi0.5Na0.5TiO3 (BMN-BNT, x = 0.85) und (1-x)Bi(Mg2/3Nb1/3)O3–xNaNbO3 (BMN-NN, x = 0.78) mittels chemischer Lösungsabscheidung (CSD) auf Pt/TiO2/SiO2/Si-Substraten hergestellt. Alle Filme wurden erfolgreich synthetisiert, der Einfluss verschiedener Heizraten und Kristallisationstemperaturen auf die Mikrostruktur und die elektrischen Eigenschaften wurde untersucht und charakterisiert. Die Charakterisierungsanalyse umfasste Ramanspektroskopie, Röntgenbeugung (XRD), Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und energiedispersive Röntgenanalyse (EDX). Elektrische Messungen wurden durchgeführt, um die Energiespeichereigenschaften zu bewerten und Einblicke in das temperaturabhängige Verhalten sowie das zyklische Ermüdungsverhalten der verschiedenen Filme zu gewinnen. Beide Dünnschichtsysteme zeigen sowohl im XRD als auch in der Ramanspektroskopie eine phasenreine und hochkristalline Perowskitstruktur. Die BMN-BNT Zusammensetzung zeigte die vielversprechendsten Energiespeichereigenschaften (Wrec ~ 20 J/cm3, 69% Effizienz), sowie eine ausgezeichnete thermische Stabilität bis 140 °C. Das BMN-NN System zeigte eine bessere zyklische Ermüdungsstabilität, bis zu 10^6 unipolaren Zyklen, und niedrige Leckströme. Es kann nachgewiesen werden, dass die unterschiedlichen Prozessparameter sowohl die Mikrostruktur als auch die elektrischen Eigenschaften der beiden Materialsysteme erheblich beeinflussen. Das komplexe Zusammenspiel zwischen strukturellen Merkmalen und elektrischem Verhalten unterstreicht eine notwendige gründliche Untersuchung der Verarbeitungsbedingungen, um maßgeschneiderte Materialeigenschaften zu erzielen.