La和Nd掺杂的硅基Bi4Ti3O12铁电薄膜的无疲劳特性及其机理的比较研究

采用优化的溶胶-凝胶（Sol—gel）技术，同一工艺条件下在Pt／TiO2／SiO2／Si衬底上成功地制备了Bi3.25La0.75Ti3O12（BLT）和Bi3.15Nd0.85Ti3O12（BNT）铁电薄膜．X射线衍射（XRD）测试表明BLT和BNT薄膜具有单相的取向随机的多晶微结构；扫描电镜（SEM）的观测显示了这些薄膜具有50～100nm晶粒构成的均匀致密的表面形貌．利用铁电测试仪测定了以Cu为上电极而形成的金属-铁电薄膜-金属结构的电容器的铁电性能，得到了很好的饱和电滞回线．在最大外加场强为400kV／cm时，BLT和BNT薄膜的剩余极化强度（2Pr）和矫顽电场（2Ee）分别为25．1gC／cm^2，203kV／cm和44．2gC／cm^2，296kV／cm．疲劳测试表明，在1MHz频率测试下经过1．75×10^10次读写循环后，由BLT和BNT薄膜组成的电容器几乎没有表现出疲劳，呈现很好的抗疲劳特性．分析比较了La和Nd掺杂对薄膜结构及铁电性能的影响及其机理．     

双势阱铁电体的场致应变效应

基于德文希尔-朗道的唯象理论,用统计方法研究了四方相双势阱铁电体在电场作用下偶极子的极化和90°翻转产生的电滞回线和电致伸缩效应,用数值模拟的方法探讨了材料参量、偶极子耦合系数和温度对电滞回线和电致伸缩的影响规律,得到了有意义的结论:材料参量α_0/β越大,电滞回线的高度越高及蝶形回线电致伸缩的底部越宽;偶极子间的交换耦合系数越大,应变的蝶形回线越宽;温度越接近居里点,应变的两条回线在交点处分离得越开,证明了经验规律:电致伸缩系数与居里-外斯常数C的乘积为常数;上述规律能够合理地解释电致伸缩的相关实验结果.     

Au／PZT／BIT/p-Si结构铁电存储二极管存储特性

采用脉冲激光沉积方法(PLD)制备了Au/PZT／BIT／p-Si结构铁电存储二极管.对其铁电性能和存储特性进行了实验研究.铁电性能测试显示较饱和的、不对称的电滞回线,其剩余极化和矫顽场分别约为15 μC／cm^２和48 kV／cm; 10^９次开关极化后剩余极化和矫顽场分别仅下降10%和增加12%;观察到源于铁电极化的CV和IＶ特性回线;电流密度+4 V电压下为6.7×10^-8 A／cm²; 在+2 V的读电压下,读“1”和读“0”电流有0.05 μA的明显差别;保持时间达30 min以上.     

介电弹性体驱动器的稳定性分析

介电弹性体（dielectric elastomers，DE）是制造智能主动驱动器最有潜力的电致活性聚合物（electroactive polymer，EAP）材料．在介电弹性体薄膜2个相对表面均匀涂覆柔性电极，施加电压后，由于静电力作用，介电弹性体薄膜沿电压施加的方向收缩，而在垂直于电压施加的方向扩展延伸．介电弹性体薄膜厚度变小导致施加在薄膜上的电场更高，当施加的电场超过其临界电场时，介电弹性体薄膜被击穿，驱动器失稳．本文基于非线性场机电耦合理论的介电弹性体稳定性分析方法，应用含有2个材料常数的弹性应变能函数模型对介电弹性体进行稳定性分析．得到材料常数比七值越大，对应的介电弹性体材料或驱动器的稳定性越高，它可以指导介电弹性体驱动器的设计．最后，把这种方法推广到应用多个材料常数的弹性应变能函数分析介电弹性体稳定性．     

反铁电体的极化与介电效应

基于Kittel的反铁电体唯象理论,从正和反电场方向双吉布斯自由能的角度出发,导出了反铁电耦合条件下电场对偶极子转向和对正反极化强度的影响规律,最终得到了电场相关的反铁电体的电滞回线和介电常数.数值模拟的结论是:在一个电场周期内电滞回线呈现双回线;在半个电场周期内,介电常数呈现双峰.当改变反铁电耦合强度和温度时,得到的电滞回线与介电常数的变化规律与报道的实验结果相吻合.反铁电耦合强度的增强或温度的降低,都会使反铁电性增强,表现为反铁电相到铁电相的临界转变电场增大,并在一定条件下消失,即因极高的临界转变电场使反铁电回线转变为细长的铁电型电滞回线.深入分析表明,该回线实质上为强反铁电体的特性,而并非表面所呈现的铁电相.     

多孔Cu2O／SnO2复合薄膜的制备及其可见光催化降解罗丹明B的性能

采用浸渍-沉积方法在电沉积的多孔Cu薄膜上修饰一层纳米SnO2，经低温热氧化处理制备出多孔Cu2O／SnO2复合多层薄膜。运用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X-射线粉末衍射仪（XRD）、紫外可见漫反射光谱（UV—vis DRS）和荧光光谱（FS）技术表征了薄膜的结构、形貌和光学性质。测试了薄膜在可见光下降解罗丹明B（RhB）的性能。结果表明，在30℃的0．2mol／LCuSO4＋1．5mol／L H2SO4镀液中，以1.5A／cm^2电流沉积20s得蓟的多孔Cu薄膜，在SnO2溶胶中浸渍10s并重复5次，再经空气气氛下100℃焙烧30min，锻得的多孔复夸薄膜显示良好的可见光催化降解RhB的性铯。     

亚微米PZT阵列制备及铁电性能研究

采用感光溶胶-凝胶法, 在ITO/石英基板上制备了具有紫外感光性的PZT前驱溶胶及凝胶薄膜. 利用薄膜自身的感光性, 采用He-Cd紫外激光双光束干涉和二次曝光工艺, 结合有机溶剂溶洗和600℃, 15 min热处理, 制备了点阵周期为1 μm, 阵列格点尺寸为480 nm×480 nm×40 nm的PZT薄膜阵列. 并将原子力显微镜(AFM)和铁电测试仪联用, 采用具有导电涂层的探针, 通过扫描获得铁电阵列的三维图像. 据此图像, 把探针定位于特定的微小格点上, 由铁电仪通过AFM探针提供电压, 并经探针将测试信号反馈给铁电仪, 以获得格点的电滞回线. 结果表明, 亚微米量级的PZT阵点随外电场的变化可以实现极化反转, 表现出明显的铁电特性.     

不锈钢表面ZnO-尖晶石复合氧化膜的制备及其可见光光催化性能

通过电沉积锌及空气气氛下两步热氧化，在304不锈钢表面形成具有可见光光催化活性的ZnO复合氧化物薄膜。运用X-射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Rarnan）、扫描电子显微镜（SEM）分析薄膜的结构及表面形貌，在可见光照射下测试了氧化膜催化降解罗丹明B的性能。结果显示：在0．05m0I／LZnSO4、2moL／LNH4Cl溶液中，以0．03A／cm^2的恒电流密度阴极极化120s，电沉积锌后于空气气氛中350℃下加热1h，然后升温至450℃下加热2h，在不锈钢表面形成了ZnO和尖晶石结构氧化物（AB2O4，A=Zn^2＋、Ni^2＋、Fe^2＋；B=Fe^3＋，Cr^3＋）的复合氧化膜，显示出良好的可见光光催化性能。     

铁电体的极化储能效应

三维铁电体的偶极子等概率地分布在晶格取向相关的特定极化方向上.外加电场后,各个方向的偶极子对电场的响应不同,导致了各种场致效应.最基本的效应是电场对极化强度在相变温区的诱导和转向,导致铁电体在相应温区实现了高的储能密度效应.基于铁电体德文希尔理论三维吉布斯自由能与极化强度的关系,得到了二阶相变铁电体偶极子的诱导及取向对极化储能密度和放电能量密度的影响.研究结果显示:低电场下储能峰低于居里温度,并随电场增大接近并超过居里温度;两个铁电参量的比值对铁电体的极化行为、电滞回线和储能密度具有关键影响并使其相互关联.同时还发现介电峰的温度宽度对应电滞回线形状变化的温度宽度和储能密度峰的温度宽度,且储能密度峰越高,峰的温区越窄.     

La和Nd掺杂的硅基Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜的无疲劳特性及其机理的比较研究

采用优化的溶胶-凝胶(Sol-gel)技术,同一工艺条件下在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上成功地制备了Bi3.25La0.75Ti3O12(BLT)和Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)铁电薄膜.X射线衍射(XRD)测试表明BLT和BNT薄膜具有单相的取向随机的多晶微结构;扫描电镜(SEM)的观测显示了这些薄膜具有50~100nm晶粒构成的均匀致密的表面形貌.利用铁电测试仪测定了以Cu为上电极而形成的金属-铁电薄膜-金属结构的电容器的铁电性能,得到了很好的饱和电滞回线.在最大外加场强为400kV/cm时,BLT和BNT薄膜的剩余极化强度(2Pr)和矫顽电场(2Ec)分别为25.1μC/cm2,203kV/cm和44.2μC/cm2,296kV/cm.疲劳测试表明,在1MHz频率测试下经过1.75×1010次读写循环后,由BLT和BNT薄膜组成的电容器几乎没有表现出疲劳,呈现很好的抗疲劳特性.分析比较了La和Nd掺杂对薄膜结构及铁电性能的影响及其机理.     

纳米Ta基阻挡层薄膜及其扩散体系电阻特性研究

采用直流磁控溅射方法在p型（100）Si衬底上制备了3类Ta基纳米阻挡层薄膜及其对应的Cu／barrier／Si复合膜，并对薄膜样品进行了卤钨灯快速热退火（RTA）．用四探针电阻测试仪（FPP），AFM，SEM-EDS，Alpha—step IQ台阶仪和XRD等分析测试方法对样品快速热退火前后的电阻特性和形貌结构进行了分析表征．实验结果表明，热处理过程中，凝聚、氧化和稳态效应同时出现，方块电阻的增大和下降趋势并存；而高温退火后Cu和Si发生互扩散形成的高阻相Cu3Si与更粗糙的表面形貌引起更强烈的电子散射导致了复合膜系方块电阻的急剧增加．     

高sp3键含量无氢非晶金刚石薄膜——出色的电子场发射材料

采用真空磁过滤弧沉积的方法,制备了高ｓｐ＾３键含量（〉９０％）的无氢非晶金刚石薄膜。研究表明,金刚石薄膜具有优异的电子场发射性能。在电场强度为５Ｖ／μｍ时,可产生５．４μＡ的发射电流。在一定的电场下,电流密度可达到几个ｍＡ／ｃｍ＾２。在发射电流为５０μＡ的情况下,薄膜连续工作数天,电流的偏差不超过５％,表现出电子发射的稳定性。同时还观察到了大面积的电子发射现象。由于薄膜微观表面非常平整,所以不存在     

基于聚邻苯二胺和纳米金电位型免疫传感器的研究

利用电聚合和电沉积技术将邻苯二胺和纳米金固定在石墨电极上，通过白组装的方法使抗体（羊抗小鼠IgG）与石墨电极表面上的纳米金结合，制备了一种免疫传感器（Ab／GNPs／POPD／GE），并对实验条件进行了优化。该传感器能够对抗原（小鼠IgG）进行定量检测，具有灵敏度高、响应速度快、检测范围宽等优良性能。其检测范围为4．0×10^-～1．0×10^-3ng／mL，检测下限为1．0×10^-3ng／mL．而且该免疫传感器具有较高的选择性和较好的稳定性，寿命可达15d左右。     

NiO／WO3互补型全固态电变色器件研究

基于氧化镍纳米颗粒薄膜电变色机理的研究，利用ＬｉｘＴａＯｙ薄膜作为Ｌｉ离子无机固体电解质薄膜，设计和制造了一种ＮｉＯ／ＷＯ３互补型电变色器件，该器件着色态的太阳反射系数为０．１５，漂白态为０．６０，其响应时间最短可以小于３００ｍｓ，循环通电的漂白－着色实验结果表明该器件具有相当好的可逆性和稳定性。     

前驱体中Bi含量对Bi3．4Ce0．6Ti3O12薄膜结构和性能的影响

分别配制了Bi含量为90，100和110mole％的前驱体，在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备Bi3．4Ce0．6Ti3O12薄膜，研究前驱体中Bi含量对其微观结构和铁电性能的影响．前驱体中Bi含量增加可以有效地改善薄膜的结晶性能和表面形貌．对Pt／Bi3．4Ce0．6Ti3O12／Pt电容结构进行电学性能测量，发现Bi过量10％的前驱体制备的Bi3．4Ce0．6Ti3O12薄膜具有较好的性能：室温下，在测试频率1kHz时，其介电常数为172，介电损耗为0．033；在测试电场为600kV／cm时，其剩余极化值（2Pr）和矫顽电场（2Ec）分别达到67．1gC／cm^2和299．7kV／cm；同时还表现出良好的抗疲劳特性和绝缘性能．     

Al2O3／Si（001）衬底上GaN外延薄膜的制备

利用低压金属有机物化学气相沉积方法在Ａｌ２Ｏ３／Ｓｉ（００１）衬底上制备出了六方结构的ＧａＮ单晶薄膜。厚度为１．１μｍ的ＧａＮ薄膜的（０００２）Ｘ射线衍射峰半高宽是７２ａｒｃｍｉｎ,薄膜的玛赛克（ｍｏｓａｉｃ）结构是Ｘ射线衍射峰展宽的主要原因,室温下ＧａＮ光致发光谱的带边峰位于３６５ｎｍ。     

微波快速烧结对驰豫铁电陶瓷显微结构与性能的改善

研究了２．４５ＧＨｚ多模腔微波烧结系统对组成为ｘＰｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－ｙＰｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－ｚＰｂＴｉＯ３的驰豫铁电陶瓷快速均匀烧结过程。与常规烧相比，微波烧结可显著提高化速率。同时细化晶粒，晶界，改善材料显微结构，从而大幅度提高材料的击穿场强和断裂强度，并达到与常规烧结相近的介电常数。     

基于CCII的一种双采样保持电路的研究与设计

本文设计了一种高性能双采样保持（DSH）电路，在165V的电源电压下，其性能满足12位精度、200MS／s转换速率的流水线型ADC的要求。设计中采用了轨到轨自偏置第二代电流传输器（CCII）提高了S／H电路的可靠性和线性度；采用双采样结构，使得在同样性能的CCII条件下，采样速率成倍提高；对于大带宽自偏置CCII，采用了两个电流跟随器降低了端口的寄生电阻。DSH电路的采样电压幅度达到2V，对于输入为20MHZ的正弦波，测得其平台稳定精度为89μV，平台稳定时间为1．05ns，噪声失真比（SNDR）达到了84dB，满足12位ADC的要求，整个电路的功耗约为3．41mW。     

外电场作用下铁电畴极化反转机制的相场法模拟

采用相场方法模拟了铁电畴的形成及外电场作用下的极化反转,探讨了不同外电场作用下的极化反转机制.结果表明:无外电场作用下,铁电畴的形成是一个形核和长大的过程,系统达到稳定时具有4种铁电畴,其形貌均为平行四边形,其中180°反向畴沿-45°方向规则分布,90°反向畴呈阶梯状规则分布;恒定电场作用下,铁电畴产生90°和180°极化反转,极化方向有利的铁电畴长大,系统达到稳定时,平均极化增加,且恒定电场越大,平均极化越大;交变电场作用下,铁电畴产生极化反转,形成电滞回线和蝶形回线,电场频率或者强度越大,矫顽电场和剩余极化越大,温度越高,矫顽电场和剩余极化越小.     

SONOS自持半导体存储器:记忆时间可靠性与低编程电压

降低编程电压，同时仍保持十年的数据记忆时间，一直是多晶硅－氧化硅－硅（SONOS）研究人员面临的一个巨大挑战。本文介绍SONOS可自持存储器器件设计和降低编程电压方面的进展，硅－氧化硅界面态的退化损害SONOS自持半导体存储器记忆时间和长期可靠性。首次应用在SONOS器件制作工艺上的双步高温氘退火技术，与传统的氢退火相比，显著提高了器件的耐久性能和记忆时间可靠性。我们研制成功－9伏／＋10伏（1毫秒）可编程SONOS存储器，在摄氏85度，一千万个擦除／写入操作后，仍能确保十年的记忆时间，本文介绍编程电压降低方面的设计考虑，制作工艺的优化，描述实验过程和SONOS器件的测试，以及用于SONOS自持存储器动态性能测试的基于可编程门阵列的测量系统。