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钛酸锶铅((PbxSr1-xTiO3)，PST)材料因为居里温度随Pb/Sr线性可调，且具有高介电常数、低介电损耗、低结晶温度、晶粒尺寸效应较小以及可以与Si集成电路兼容等优越性能而备受关注，并有望应用于可调谐微波器件及动态存储器等微电子器件中。目前，PST陶瓷和薄膜的研究大多都集中在微波可调性，对热释电及压电性能的研究很少，且薄膜电学性能也远差于陶瓷材料。本论文针对目前PST材料(陶瓷和薄膜)研究中的不足，开展了一系列的研究工作，主要研究内容和创新性成果如下：
1.PST陶瓷的制备及介电-热释电性能研究
(1)利用固相反应法制备了不同组分的PST陶瓷，通过对其介电、铁电、压电性能研究设计了PbO过量25wt.%及SrO过量6wt.%的非化学计量比PST40/60陶瓷靶材，为制备高质量磁控溅射薄膜奠定了基础。
(2)首次研究了PST32.5/67.5陶瓷的介电工作模式下的热释电性能，并研究了晶粒尺寸对陶瓷偏场下介电及热释电性能的影响。研究表明，PST陶瓷热释电性能随晶粒尺寸的减小而减小。其中1320℃烧结晶粒尺寸约为20μm的PST陶瓷热释电系数为60.1×10-8 Ccm-2K-1，探测率优值高达26.2×10-5 Pa-1/2，表明PST是一种性能优异的介电-热释电材料，拓展了PST材料的研究领域。
2.PST薄膜的制备及性能研究
(1)利用非化学计量比的PST40/60靶材，研究了退火温度对PST薄膜电学性能的影响，并首次研究了PST薄膜的压电性能。结果表明，退火温度的增加可以提高薄膜的电学性能，但低温500℃后退火的PST薄膜即可表现出良好的性能：在零场下介电常数及损耗分别为326.5和1.46%，并具有56.6%(@400kV/cm)的可调性，同时拥有40 pm/V的压电系数和良好的铁电性，因此有望实现低温Si电路集成并应用于可调性器件、压电功能器件甚至多功能器件。
(2)研究了随机取向Pt/PST/Pt薄膜介电性能随薄膜厚度的变化规律，采用串联电容器物理模型计算了薄膜界面死层厚度为0.5nm。进而利用优化的薄膜厚度研究了Pt(top)/PST/Pt、LNO(top)/PST/Pt、Pt(top)/PST/LNO和LNO(top)/PST/LNO四种不同上下电极结构薄膜的介电和漏电流特性。LNO底电极可以有效控制薄膜的取向，得到完全(100)取向的较大晶粒尺寸的PST薄膜。此外，LNO电极尤其是上电极，有利于降低界面死层，大幅度提高薄膜的介电常数，但同时会增大薄膜的介电损耗，引入较大介电弛豫。在漏电流方面，所有结构的薄膜漏电流机制均为空间限制电流机制，但漏电大小由薄膜下电极起主导作用，受上电极影响相对较小。
(3)深入研究了不同上电极(100)PST/LNO取向薄膜的电学性能。结果表明，LNO上电极大大降低了薄膜矫顽场，提高了薄膜的压电性能。厚度为550nmLNO(top)/PST/LNO结构的PST薄膜其介电常数(@0kVcm)和可调性(@300kVcm)分别为937、74.4%，压电系数高达90pm/V，且疲劳测试也表明薄膜经过109翻转后完全没有疲劳现象。这些表明经过LNO电极优化的(100)PST薄膜是一种性能优异的多功能材料，其可调性和压电性能可与陶瓷材料相比拟。
(4)成功在高阻Si上制备出平整致密的PST薄膜，研究了1-60GHz高频下的微波介电性能。结果表明，PST薄膜在频率高达60GHz时，零场下的介电常数为346.4，微波损耗为0.164，在电场为300 kV/cm条件下可调性高达59.3%，是BST薄膜的两倍，优值因子也高于BST薄膜为3.6，为可调谐微波器件集成化提供了重要的候选材料。