TGS-PVDF复合材料的热释电性研究

复合材料是当前材料科学的一个重要发展方向.用于红外探测的热释电材料也向复合材料方向发展.这种材料是由单晶粉末和有机聚合物混合而形成的一种新型功能材料,它不仅具有良好的压电性和热释电性,而且柔性好、成本低,易制成大面积均匀薄膜,从而得到广泛研究.在压电方面已向实用化发展;在热释电应用方向也显示出良好的前景.本文将首次报道一种新型复合材料——硫酸三甘氨酸(简称TGS)单晶粉末与聚偏氟乙烯(简称PVDF)复合物的热释电性质。     

溶胶-凝胶工艺制备铁电钛酸铅薄膜及电学性质

隨著材料科学、电子学的迅速发展,电子器件日趋微型化和集成化。铁电薄膜由于具有压电、热释电和电光等多种特性,又具有便于集成化和平面化的形式,受到了高度重视。其中,铁电钛酸铅(PbTiO_3)因具有居里温度高,介电常数小,热释电系数大等优点,国外已用溅射法制得的PbTiO_3薄膜作成了非挥发性记忆元件,热释电红外探测器,超声传感器和低阈值的电致发光元件等,显示出其多方面的应用前景。     

新型铁电复合材料ATGS-PVDF的制备与性能

近年来人们对以硫酸三甘肽(TGS)单晶粉末和聚偏氟乙烯(PVDF)复合膜作为热释电材料进行了较多的研究,发现了颗粒尺寸、组分配比、成膜工艺对材料的性能有较大的影响.通过优化条件可以得到性能优良、有应用价值的新型热释电薄膜,但该类薄膜同TGS单晶一样不能锁定极化,工作温度不能超过TGS单晶的居里点(49°C),这将大大限制了其应用.我们用掺L丙氨酸的TGS(ATGS)单晶粉末替代TGS粉末同PVDF进行复合.在成膜过程中施加     

PbTiO_3薄膜的热释电特性研究

铁电PbTiO_3薄膜具有优良的热释电性质,因其有介电常数ε_r小、热释电系数γ大、居里温度高、体积热容量小、γ和ε_r的温度系数小等优点,受到人们的极大关注.国外已用溅射法制备的PbTiO_3薄膜作成了热释电红外探测器.我们用sol-gel方法在单晶Si衬底上制备了PbTiO_3薄膜,并简要报道了它的电学性质.本文着重研究 PbTiO_3薄膜的热释电特性,主要介绍极化条件、烧结温度、膜厚等工艺因素对介电、热释电性质的影响,以及热释电系数随温度的变化关系,优化了工艺过程.     

c轴取向PbTiO_3薄膜的制备与结构分析

一、引言 钛酸铅PbTiO_3,是一种优良的热释电材料.特别是c轴取向的PbTiO_3薄膜,c轴就是极化轴,热释电系数r约为2.5×10~(-8)C/cm~2·K,热容量小,沿c轴的相对介电常数8_r~6小(约100),热释电品质因素较PbTiO_3,晶体有明显提高.因此有希望成为高性能指数,高灵敏度的传感器材料.目前,人们利用射频磁控溅射法已生长出口轴取向PbTiO_3薄膜.     

射频磁控溅射制备铁电PLZT薄膜的研究

由于铁电薄膜具有一系列的特殊性质,如铁电开关特性、压电效应、热释电效应、电光和声光效应、非线性光学效应等,因而在微电子学及光电子学领域中得到了广泛的应用,特别是以铁电薄膜为基础的铁电随机存取存储器的开发成功,显示出了高速度、高密度、非挥发性及抗辐射性等优良性能,更进一步促进了对铁电薄膜的研究.同时,由于薄膜制备技术的发展,     

在Pt/SrTiO_3衬底上制备高c轴取向PbTiO_3薄膜

铁电PbTiO_3薄膜是一种优良的热释电材料。特别是c轴取向的PbTiO_3薄膜,因为c轴就是极化轴,并且c轴取向的ε低(约为100),所以它的热释电系数大,介电常数小,热容量小,很有希望成为高性能指数,高灵敏度的红外传感器材料。国外用溅射法在MgO(100)单晶和外延的P_t膜上制备了高c轴取向的PbTi0_3薄膜,并报道了其优良的电学性质。新近发展起来的sol-gel方法与溅射法相比,制备铁电薄膜有组分易控制,设备简单,成     

热处理工艺对KTa0.65Nb0.35O3薄膜结晶学性能的影响

钽铌酸钾(KTa_(1-x)Nb_xO_3,简称KTN),铁电与顺电相变温度(T_c)可通过改变钽铌比调节,将T_c调节到近室温附近,其晶体具有良好的热释电、电光和非线性光学性质,可用于热释电探测器、电光调制器、电光偏转器、全息存贮等,其薄膜可用于光电子器件和集成光学器件中.当x=0.35时,KTN在无机材料中具有最大的二次电光系数.我们用Sol-Gel法制备了其沿(100)、(111)取向生长的薄膜.薄膜的结晶学性能对薄膜的电学、光学和电光性能有很大的影响,如焦绿石结构相的存在,使KTN薄膜失去铁电性.另外,薄膜的Curie温度(T_c)升高,介电温谱峰竞化,剩余极化强度降低,电滞回线变窄等,不仅与尺寸效应、衬底对薄膜的应力有关,而且与薄膜的结晶学性能有关.本文研究了热处理工艺对薄膜的结晶学性能的影响.     

MOD法制备PLZT铁电薄膜的研究

锆钛酸铅镧(PLZT)铁电陶瓷材料在介电、热释电、压电、铁电以及电光等方面均具有良好的特性,而且由于它的组成在较宽广的范围内可以调整,使得某一方面的特性更加优越.因此在电子和电光器件中得到非常广泛的应用,其薄膜材料更是适应了微电子学发展的需要而受到了极大的重视.由于该材料是4组元固溶体.同时要考虑到和半导体工艺兼容,因而对薄膜制备技术要求较高.在这方面,磁控溅射、激光闪蒸和Sol-Gel或MOD等先进的薄膜制备工艺均获得了成功.本文采用金属有机物热分解(MOD)工艺,在成功地解决了金属有机化合物的基础上制备了厚度在1 000nm左右的PLZT(8/65/35)铁电薄膜.对薄膜的相结构,显微结构以及铁电性能进行了研究.l 实验采用湿法化学的MOD工艺制备多组元晶态薄膜,金属有机化合物的选取和获得是该工艺的基础.在实验中,钛的有机化合物为商用化学纯钛酸四丁酯,铅、镧和锆的有机化合物为自制的庚酸铅、庚酸镧和丁酸氧锆.采用碳链较长的庚酸铅是为了在热分解过程中减少铅的挥发.将以上4种金属有机化合物按化学计量比配制成PLZT(8/65/35)有机先驱体溶液,为进一步补偿铅的挥发损失,在溶液中加过量5摩尔分数的庚酸铅.采用多次旋涂-热分解方法制备一定厚度的薄膜,薄膜最终热处理温度为550℃基片为Si和Pt/Ti/S     

碘酸钾(KIO_3)大单晶的生长

碘酸钾(KIO_3)单晶是一种具有良好的压电、热释电、电光及非线性光学性质的多功能复合材料。特别是有很大应用前景的非线性光学性质,更为许多理论与实验工作者所重视。然而,如何得到光学     

介电/半导体复合薄膜生长控制

当前, 电子信息系统为了实现体积更小、速度更快和功耗更低, 正快速向微小型化以及单片集成方向发展, 其中的各种有源器件(主要为半导体材料支撑)和无源器件(主要为功能材料支撑)的集成尤为重要和迫切. 因此, 将具有电、磁、声、光、热等功能特性的介质材料(以极化为特征)与具有电子输运特性的半导体材料, 通过固态薄膜的形式生长在一起, 形成介电/半导体复合人工新材料, 这种复合薄膜将具有多功能一体化和介电-半导体异质层间电磁性能的调制耦合两大特点, 这些特征既为实现信息的探测、处理、传输、执行和存储等5种主要功能单元的单片集成提供了可能,又将长期以来人们追求单一材料的物理极限的研究转移到追求异质结构的复合效应中来, 这为研制更高性能的电子器件提出了新的思路. 结合当前国内外在介电和半导体复合薄膜生长的研究进展情况, 介绍和讨论了我们近期在氧化物介电材料与半导体GaN复合薄膜生长与界面控制方面的一些研究结果.     

透明铁电薄膜的织构生长及薄膜铁电性研究

钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅镧等铁电陶瓷已在压电、热释电器件中得到广泛的应用,其薄膜形式由于能集成化,可用于多种微电子器件,如非挥发性存储器(NVFRAM)、声表面波器件(SAW)、光开关、波导、调制器等,在微电子和光电子领域有巨大应用潜力。掺镧钛酸铅薄膜有较强的电光特性,铁电薄膜的制备方法常用的有磁控溅射、Sol-Gel和MOCVD,磁控溅射在精确控制薄膜的化学计量比上有困难,Sol-Gel和MOCVD工艺要求特殊的金属有机化合物;脉冲激光沉积(pulsed laser deposition)方法,简称PLD,用陶瓷作靶材可以保持靶、膜成分一致,能在大氧压下沉积高熔点材料,目前采用PLD技术已成功地制备出YBCO,PZT等多种薄膜。在硅衬底上以PLD法制备多晶(Pb,La)TiO~3薄膜已有报道。     

钛酸铅铁电薄膜的表面层

大量的实验和理论分析表明:铁电体(包括块体和薄膜材料)都具有一个与体内性质不同的表面层.表面层的存在对铁电体的性质有显著的影响,如介电常数峰值降低,Curie温度偏移,相变点以上仍能观察到热释电效应等.表面层对铁电薄膜性质的影响更加显著,如单晶钛酸钡薄膜的相变表现出弥散特性、介电常数偏低、矫顽场强偏大等.用掠射角X射线衍射法(Glancing angle X-ray diffraction)(GAXRD)可以分析材料浅表层的结构特征,以区分表层与体内的结构差异.     

铁电单晶单畴化温度

经过人工极化的铁电体在铁电相变温度附近有特别大的热释电系数,有可能应用于热能和电能的直接转换而引起了广泛的注意。然而国内外传统采用的热释电系数测量方法在接近样品的居里点时并不可靠,只能给出虚假的数据,其中混杂有反向电畴生长的退极化效应的贡献。最近的实验证明,一个铁电单晶在低于其FE-PE相交点T_c的某个温度T_s以下,人工极化得到的单畴状态才是稳定的。在T_s和T_c之间的温度上,一个自由的铁电单晶将自发     

ZnO微米片修饰TiO_2纳米晶复合薄膜的染料敏化太阳电池

通过阴极电沉积工艺,成功地将随机辐射取向分布的ZnO微米片作为散射层自组装在TiO2纳米晶(TN)薄膜表面上.用分光光度计研究了400～800nm光谱范围内ZnO微米片的光散射性能.结果表明,在ZnO微米片-TiO2纳米晶(ZT)复合薄膜中,ZnO微米片层对入射光具有非常出色的光散射能力.同时用ZT复合薄膜制备的染料敏化电池相对于单独用TN薄膜制备的电池具有更高的短路电流密度和光电转换效率.     

氧气压对激光淀积BaTiO3薄膜晶体结构的影响

由于铁电薄膜的诱人应用前景,最近几年受到人们的极大关注。铁电氧化物薄膜可望用于多种微电子学和光子学器件,如:铁电存储器,电光调制器,红外探测器,光学二次谐波发生器以及超导铁电器件等。BaTiO_3薄膜是最重要的钙钛矿结构铁电薄膜之一,它具有优良的压电,铁电,热释电和非线性光学性质。所以,很多研究组都很重视BaTiO_3薄膜的生长机理和改进薄膜性能的研究。     

外延KTN薄膜的Sol-Gel制备研究

KTa_(1-x)Nb_xO_3(简称KTN)固溶体具有良好的电光特性、非线性光学特性和热释电特性,KTN薄膜在光电子集成电路中有着良好的应用前景,可用于制作空间光调制器或二次谐波产生器件。 人们已进行过KTN单晶和陶瓷方面的工作,KTN晶体生长时存在铌含量的均匀性难以控制而使晶体质量下降性能变差的问题,采用传统的球磨法制备的KTN陶瓷也无法避免     

铁电体热释电系数的本征和场致增强模式的机理

铁电材料制备的红外探测器主要有两种工作模式:热释电体的无电场本征模式和铁电体的场致增强模式.利用铁电体的唯象理论,通过引入偶极子耦合,得到了两种模式热释电系数的理论公式.其数值模拟表明,在热释电体的本征模式中,热释电系数随温度的上升而增加,接近居里温度时急剧增大.在铁电体的场致增强模式中,热释电系数由场致诱导极化的温度效应和偶极子的转动效应产生.在低温区,低电场时以偶极子的转动为主形成一个尖锐的峰,增大电场后变为以场致诱导极化为主.温度升高,以偶极子转动引起的热释电系数峰向高电场方向移动,在顺电相,以场致诱导极化为主.铁电体用于热释电效应时,保持温度稳定性的基本方法是温度越高,施加的电场越大.     

ZnO微米片修饰TiO2纳米晶复合薄膜的染料敏化太阳电池

通过阴极电沉积工艺, 成功地将随机辐射取向分布的ZnO微米片作为散射层自组装在TiO₂纳米晶(TN)薄膜表面上. 用分光光度计研究了400～800 nm光谱范围内ZnO微米片的光散射性能. 结果表明, 在ZnO微米片-TiO2纳米晶( ZT)复合薄膜中, ZnO微米片层对入射光具有非常出色的光散射能力. 同时用ZT复合薄膜制备的染料敏化电池相对于单独用TN薄膜制备的电池具有更高的短路电流密度和光电转换效率.     

铁电体热释电循环的能量转换机理

环境中的废热可以被铁电体在变温和变电场的热释电循环中转换为电能.然而,铁电体的极化强度随外界条件的变化一直是待解的难题.本文根据电场作用下铁电体中偶极子在三维空间转动的唯象理论,引入偶极子的耦合效应解决了极化强度在一定初始条件下随温度和电场的变化规律,推导出了奥尔森热释电循环中温度和电场对极化强度和热释电转换效率的影响规律.通过数值模拟得到如下结论:热释电循环的等高温线与电滞回线的上曲线重合;等低温线在电滞回线的中线与上线之间,由所加最大电场决定;热释电循环时,低温端的温度越接近居里点,以及高温端的温度略高于居里点,会有较高且较为稳定的热释电转换效率.上述结论与实验结果基本相符.