脉冲激光沉积SrBi2Ta2O9铁电薄膜的研究

铁电薄膜存储器(FRAM)由于具有动态随机存储器(DRAM)快速读写功能和可擦写唯读存储器(EPROM)非挥发性,又具有抗辐照、功耗低等特性,已成为国际上固态器件研究的一个热点。铁电存储器常用的铁电材料是Pb(ZrTi)O_3(PZT)等氧化物钙钛矿结构材料。由于这些铁电材料抗疲劳性能较差,阻碍了铁电存储器的商品化进程。de Araujo等人报道了铋系层状类钙钛矿结构的铁电薄膜具有抗疲劳特性,用这类铁电材料制作的铁电存储器,在10~(12)次重复开关极化后,仍没有显示疲劳现象,并且具有很好的信息储存寿命和较低的漏电流。     

KTN凝胶薄膜在热退火过程中的焦绿石中间相和钙钛矿稳定相

复合钙钛矿型铁电材料,因具有优良的介电、铁电、热释电和电光等性质,已成为具有很大潜在应用前景的重要电子材料.但最困扰的问题之一是难以制备单相钙钛矿结构的陶瓷和薄膜,而容易产生对性能不利的焦绿石相.近几年,人们对焦绿石相的形成和钙钛矿结构的稳定性的热力学和动力学问题进行了广泛的研究,并且提出了一些抑制和消除焦绿石相的工艺措施,但目前在这一领域仍没有一个统一的认识.     

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.     

复合钙钛矿结构弛豫型铁电陶瓷的极化介电行为

复合钙钛矿结构弛豫型铁电陶瓷由于其高的介电常数、相对低的烧结温度和由“弥散相变”(diffused phase transition,简称DPT)引起的较低容温变化率,被认为是多层陶瓷电容器在技术和经济上重要的候选材料。因此这一类材料的制备与性能研究受到广泛重视。有关其介电行为的研究,国内外报道很多,但有关这一类材料在极化状态下的介电行为的研究报道还不多。本文通过将复合钙钛矿结构弛豫型铁电陶瓷PZN-PT-BT(80/10/10)样品在极化     

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,     

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。     

铁电(Pb_(0.925)La_(0.075))(Zr_(0.65)Ti_(0.35))_(0.981)O_3薄膜的疲劳特性研究

铁电薄膜(BaLiO_3,PbLiO_3,(Pb_(1-x)La_x)(Zr_yLi_(1-y))_(1-x/4)O_3(PLZL_x/y/(1-y)),LiNbO_3,Bi_4Li_3O_12等)在近20年来由于其在电、光学上的大量应用而被广泛地研究,尤其是铁电薄膜存储器综合了半导体存储器与磁存储器的优点,具有高速度、高密度、非挥发性和极好的抗辐射性等特点,并能与半导体工艺相兼容,是国际上研究的热门领域.这些应用都需要高质量的铁电薄膜,许多薄膜制备技术,如纪光闪蒸、溅射、外延沉积、化学蒸发沉积和sol-gel方法等,已被用于在各种衬底上制备铁电薄膜.     

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     

不同衬底温度下[Tb/Fe/Dy]n纳米多层膜的结构、磁性能及超磁致伸缩性能研究

采用多靶磁控溅射仪分别在室温和衬底温度为300℃条件下制备了具有精确组分为Tb_0.27Dy_0.73Fe₂的[Tb/Fe/Dy]_n纳米多层膜. 研究结果表明, 纳米多层膜在沉积过程中形成了微柱状结构,薄膜样品的磁性能和超磁致伸缩性能表明薄膜样品具有明显的垂直各向异性. 尽管纳米多层膜具有垂直各向异性, 但仍具有超磁致伸缩性能. 特别是衬底温度300℃制备的纳米多层膜, 由于Laves相R-Fe₂纳米晶的析出使得超磁致伸缩性能有了显著的提高. 在很小的外磁场(0.18 T)时, 衬底温度300℃条件下制备的样品超磁致伸缩值为89.3 ppm (1 ppm= 1×10^-6), 约为室温条件下制备的样品在此磁场下超磁致伸缩值23.5 ppm的4倍. 同时还研究了垂直磁各向异性薄膜的磁化过程与超磁致伸缩性能的关系.     

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.     

用脉冲准分子激光在P-Si(100)衬底上沉积高取向KTN薄膜

利用Sol Gel法制备了优质KTN陶瓷靶材 ,用PLD技术成功地在P Si(10 0 )衬底上沉积出了较纯净钙钛矿相 (>98% )的KTN薄膜 ,并对所制备的薄膜进行了XRD ,SEM分析     

数据挖掘驱动的BiFeO_3-BaTiO_3铁电陶瓷元素替代效应

传统的材料研究方式是耗时费力的试错法,现代材料科学研究方式转向基于材料信息学(material informatics)理论的数据生产和利用——采用各种数据挖掘方法以发现材料数据下隐藏的构效关系和知识,对新材料进行预测和验证.在总结过去对钙钛矿结构氧化物铁电材料数据挖掘实践结果的基础上,选择多种不同原(离)子特征组合的元素对BiFeO_3-BaTiO_3(BF-xBT)铁电固溶体陶瓷进行替代实验,重点探索三方-赝立方结构相界附近组分的BF-xBT基三元固溶体陶瓷的铁电相变和介电、压电响应性能.实验发现替代元素的性质是BF-xBT基三元固溶体陶瓷制备工艺条件和介电损耗、压电响应等电学性质的决定因素,Bi(Zn_(1/2)Ti_(1/2))O_3是当前发现的对BF-xBT基固溶体陶瓷进行改性、获得可工程实用的高性能高温压电陶瓷新材料的有效组元.与现有商用偏铌酸铅和钛酸铋系压电陶瓷材料相比,它们可采用相同的固相反应电子陶瓷工艺制备、但具有更高压电响应等综合性能,为研制高灵敏高温压电传感器提供了新材料选项.     

多铁性磁电复合薄膜

多铁性材料由于其不但具有单一的铁性(如铁电性、铁磁性和铁弹性), 而且由于不同铁性之间的耦合协同作用会产生新的磁电效应, 在换能器、传感器、存储器等高技术领域具有巨大应用潜力. 其中, 磁电复合薄膜由于具有良好的微电子工艺兼容特性和良好的性能, 并存在许多尚未解决的物理问题, 使得磁电复合薄膜的研究成为众多研究者关注的热点. 从实验和理论两个方面介绍了目前多铁性磁电复合薄膜的研究现状. 综述了1-3柱状结构、0-3颗粒复合结构和2-2叠层结构等几种典型结构的磁电复合薄膜的实验制备和性能, 同时介绍了用格林函数方法、相场模型和从头算方法等几种理论工具对磁电复合薄膜模拟计算的结果. 最后, 指出了目前存在的问题和发展趋势.     

改性锆钛酸铅反铁电陶瓷的热致伸缩

研究了Pb_0.99Nb_0.02[（Zr_1-xSn_x）_1-yTi_y]_0.98O_3体系反铁电/铁电准同型相界附近典型化合物的热致伸缩性质.实验结果显示热致伸缩是由于温度诱导相变引起的,伸缩量的大小和方向与相变类型有以下关系:在反铁电正交相向四方相转变、铁电低温菱方相向高温菱方相转变和反铁电相向铁电或顺电相转变时晶体体积膨胀,铁电向反铁电或顺电转变时体积收缩.其中反铁电与铁电之间转变引起的应变伸缩量最大,高温铁电向低温反铁电相转变时线应变量dL/L_0和应变速率（dL/L_0）/dT分别可以达到2.8×10~(-3)和7.5×10~(-4)K~(-1).     

脉冲准分子激光PZT铁电薄膜沉积及其特性研究

随着大规模集成电路的迅速发展,要求集成器件向三维器件及多功能器件发展.由于铁电薄膜具有非挥发性(non-volatility)、抗辐照性(radiation-hardness)、电极化特性,因此,铁电薄膜及其在微电子和光电子领域中的应用研究已成为当前国际上新型功能材料与集成器件的热点,如铁电随机存储器(FERAM)、动态随机存储器(DRAM)、薄膜电容、SAW器件及红外探测器等.     

DMSO蒸气辅助退火对CsPbBr3钙钛矿太阳能电池性能的影响

钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)因其成本低廉、制备简单、能量转换效率(power conversion efficiency, PCE)高等优点,成为光伏领域的研究热点.其中,全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池因其良好的热稳定性、湿度稳定性和载流子传输特性在近年来受到广泛的关注.在利用多步旋涂法制备CsPbBr₃钙钛矿薄膜的过程中, PbBr2与CsBr的反应程度对CsPbBr₃薄膜形貌和相纯度有极大的影响,而CsPbBr₃薄膜形貌和相纯度的改善又对提高器件的PCE和工作长期稳定性具有十分重要的意义.基于此,本文拟通过改善CsPbBr₃薄膜形貌、提高相纯度,以实现电池器件性能的提升.在多步旋涂法的基础上,利用二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide, DMSO)蒸气辅助退火技术(solvent vapor-assisted annealing, SVAA),对PbBr₂薄膜进行优化.结果表明,利用DMS...     

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。     

等静压对Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-BaTiO_3-PbTiO_3弛豫型铁电陶瓷介电性能的影响

研究了等静压对位于三方和四方相界附近的Pb(Zn1/3Nb2/3)Ｏ3-BaTiＯ3-PbTiＯ3弛豫型铁电陶瓷介电性能的影响. 结果表明等静压使它们的相变温度和峰值温度降低, 使频率弥散和弛豫行为进一步增强. 在这些复合钙钛矿结构的组分无序系统中, 存在着极化团族或纳米微畴. 纳米微畴之间的关联长度随压力增加而大大降低是弛豫行为增强的独特的物理本质.     

X射线磁性圆二色: MgO衬底铁单晶膜的轨道磁矩和自旋磁矩

利用X射线磁性圆二色(XMCD)吸收谱研究了在MgO衬底外延的铁单晶薄膜的原子磁矩. 根据XMCD吸收谱的加和定则, 得到了铁原子的自旋磁矩和轨道磁矩分别是0.069和2.33 μ_B. 并与不同铁膜的轨道和自旋磁矩进行了比较, 基本上与已发表的实验和理论数据吻合. 实验结果表明当铁的轨道磁矩随膜厚的增加而下降, 向体样品的轨道磁矩靠近, 而自旋磁矩变化不大.     

MgO/α-Al_2O_3单晶衬底上磁控溅射Pt外延薄膜微结构观测分析

采用射频磁控溅射方法在Mg O和α-Al_2O_3单晶基片上沉积制备Pt外延薄膜,研究了衬底晶格结构和沉积氛围对薄膜外延生长晶向和表面形貌的影响.实验研究表明,Pt薄膜外延生长晶向主要受衬底表面晶格结构的影响,沉积氛围主要影响薄膜表面形貌.X射线衍射分析证明了Pt(100)//Mg O(100),Pt(111)//Mg O(111),Pt(111)//α-Al_2O_3(0001)和Pt(111)//α-Al_2O_3(01 12)的晶面外延关系.扫描电子显微镜观测发现15%氧分压氛围沉积在Mg O(111)和α-Al_2O_3(01 12)衬底上的Pt(111)外延薄膜以三角形晶粒密排堆叠形成平整致密的膜面,但膜内存在旋转畴缺陷;而15%氧分压氛围沉积在Mg O(100)衬底上的Pt(100)外延薄膜无旋转畴缺陷,但薄膜表面出现大小不一的微孔.