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.     

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.     

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。     

ZnO薄膜的Sol-Gel制备与结构分析

ZnO薄膜是一种极为重要的多功能电子材料,已广泛地应用于体声波(BAW)延迟线、声表面波(SAW)器件、声光器件,以及气敏、力敏、压敏等传感器件中.传统的ZnO薄膜制备技术主要有射频磁控溅射,离子束蒸发,化学气相淀积等几种,近年来,Sol-Gel技术得到了很大的发展,已成功地制备出高取向的PbTiO_3薄膜.高取向和外延的K(Ta,Nb)O_3薄膜和(Sr,Ba)Nb_2O_6薄膜等,利用该工艺制备高质量的薄膜,有着极大的发展潜力.本文报道了采用Sol-Gel法在石英玻璃衬底上制备高c轴取向ZnO薄膜     

溶胶凝胶法制备PbTiO3薄膜的Raman光谱研究

钛酸铅(PbTiO_3)薄膜因其具有众多的应用,如红外探测器、超声波换能器等而备受关注.人们已利用射频溅射等薄膜制备技术获得PbTiO_3薄膜.近年来,溶胶-凝胶(sol-gel)法作为一种湿化学法薄膜制备工艺,与其他传统工艺相比有着许多优点,诸如,易于控制成分、化学     

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.     

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     

铁电-驻极体复合膜的性质和测量方法

近年来兴起了研究复合材料在热释电材料中以硫酸三甘氨酸(TGS)单晶粉末和聚偏氟乙烯(PVDF)复合薄膜最为引人注意。因复合材料具有新的物理和化学性质,在测量物性参数时若只简单地采用传统的方法,很可能引起错误。下面介绍TGS-PVDF复合热释电薄膜的热释电系数、热激电流(TSC)和介电谱的测量方法和结果。     

非晶态SiO2过渡层上高C轴取向LiNbO3薄膜及生长机制探讨

利用脉冲激光沉积(PLD)技术在单晶硅衬底的非晶态SiO2过渡层上外延生长了具有优良结晶品质和高度C轴取向性的LiNbO3光波导薄膜.利用X射线衍射、高分辨电子显微镜和原子力显微镜等手段对LiNbO3薄膜的结晶品质和C轴取向性等进行了系统的分析,基本确定了薄膜C轴外延生长的最佳沉积参数.非晶态SiO2过渡层上的LiNbO3薄膜由尺度约为150 nm×150nm的四方柱状C轴取向的单晶畴紧密排列而成,并且具有陡峭的界面结构.棱镜耦合技术测量表明,激光可以被耦合到LiNbO3薄膜中,形成TE和TM模式的光波导.此外,对于LiNbO3薄膜在非晶过渡层上择优取向生长的物理机制和薄膜基底效应进行了初步探讨,提出其生长机制很可能符合光滑晶面上三维岛状成核生长的Volmer模式.     

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。     

熔体拉伸聚乙烯超薄膜的结构表征

用熔体拉伸法制备了高度取向的聚乙烯(PE)超薄膜. 透射电子显微镜研究表明, 这种熔体拉伸法制备的PE超薄膜包含大量沿着垂直于熔体拉伸方向平行排列的侧放(edge-on)片晶. 电子衍射结果表明, PE超薄膜晶区内的分子链在薄膜平面内并沿着拉伸的方向高度取向, 而其结晶学a轴和b轴在垂直于分子链轴的平面内无规取向. 红外光谱的结果表明, PE超薄膜晶区与非晶区内的分子链都沿着拉伸方向取向. 红外结果进一步证明在PE超薄膜晶区中, 其结晶学b轴更倾向于平躺在薄膜平面内, PE超薄膜中b轴倾向于薄膜平面内的取向排列是因为b轴是PE晶体的最快生长方向. 非晶区中PE分子链形成的局部C—C骨架平面倾向平行于薄膜平面.     

c轴方向大尺寸YBa_2Cu_3O_(7-δ)样品及其微结构

氧化物超导体的重要特征之一是其结构及超导电性质的各向异性。对于通常工艺制备的织构化(织构轴为c轴)YBa_2Cu_3O_7,超导体,容易沿Cu-O平面(ab面)解理,所以样品沿c轴的尺寸都很小,使许多物理测量难以进行。例如沿c轴方向的输运临界电流密度J_c~c就难以用通常的电测法(四引线法)进行测量。现有的J_c~c的报道值大都是磁测方法的结果,少数为脉冲法测量。制备沿c轴方向有足够大的尺寸的样品并直接用电测法测量J_c~c对于深     

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,     

c轴取向Bi4Ti3O12铁电薄膜的制备与光学性质

Bi-4Ti-3O-(12)(BIT)是一种重要的铁电材料,Curie温度为675℃,自发极化矢量位于a-c平面上有两个分量,在外场作用下可以各自独立地反向,且沿c方向矫顽场强很低,为3.skV/cm.开关速度快,抗辐射能力强,抗疲劳特性好.在无外场作用下能保持记忆,具有与半导体工艺集成的潜力.特别是c轴取向的BIT薄膜不仅能作电场记忆,还能实现光记忆,很适合作铁电存储器、电光器件、光存储显示材料,具有广泛的研究开发和应用前景,该材料已成为当今国际上研究的主要材料之一.     

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。     

利用离子束技术原位制备高温超导薄膜

超导薄膜是高温超导材料弱电应用的关键技术。目前磁控溅射(包括直流和射频)和激光淀积方法已被广泛应用获得高温超导薄膜。相比这两种常用制膜方法,离子束溅射(IBS)具有独特优势。IBS工作气压很低,靶与衬底间不存在外加电场,减少了薄膜中杂质,消除了普通等离子体溅射方法中负离子反溅射有害效应。同时也不存在激光淀积薄膜均匀性差、薄膜中颗粒较大等缺点,是一种很有发展前途的制膜手段。利用离子束技术后退火制备性能较好的     

Cu掺杂石榴石薄膜中矫顽力提高的机理分析

Bi置换石榴石磁光薄膜具有好的结构稳定性和化学稳定性及在短波长具有大的法拉第旋转角,因而成为下一代有希望的磁光记录材料之一.制备石榴石薄膜可采用溅射法,也可采用热分解法.热分解法设备简单,对薄膜的成分易于控制和调节.要获得好的记录畴,要求薄膜在室温下有高的矫顽力.现已报道,添加元素W,Mo,Ba和Cu对提高H_c有效.到目前为止,H_c最高为432kA/m,其矫顽力的提高归因于钉扎效应.     

不同溅射条件对超薄外延氮化铌薄膜超导性能的影响

氮化铌(NbN)由于其较高的超导转变温度、较窄的转变宽度以及良好的稳定性一直被广泛地应用于低温超导器件中.因此,生长高质量的超导Nb N薄膜是制备高性能薄膜超导器件的关键及难点.本文主要介绍了利用磁控溅射法在氧化镁(MgO)100基底上生长厚度为5 nm的超薄超导外延NbN薄膜,并系统分析了溅射参数对薄膜性能的影响.实验结果表明,在合适的氮氩比或功率下,高真空、高溅射温度、低工作气压与NbN薄膜超导转变温度成正相关.采用综合物性测量系统(physical property measurement system, PPMS)进行电学分析,所制备的NbN薄膜超导最高转变温度为12.5 K.该工作为进一步研究超薄NbN薄膜的生长提供了理论指导,也为后期在其他基底上制备NbN超导器件提供了基础.     

强磁场中射频溅射沉积Fe-Si-O薄膜的结构及磁性

研究了强磁场对射频溅射沉积Fe-Si-O薄膜的微结构和磁性能的影响. 在O2流量比小于1.0%、外加磁场低于1.0 T的溅射条件下, 得到了中孔型、相分离型和混合型3种典型的样品宏观形貌, 表明强磁场不但影响等离子体的分布而且影响溅射原子的角分布. 在O2流量比大于2.0%,外加磁场高于2.0 T的条件下制备的Fe-Si-O薄膜中, 经X射线衍射分析发现了强(110)取向的Fe3O4相；磁性测量发现垂直膜面方向上的剩磁和矫顽力大于平行膜面情况. 这些结果表明在薄膜沉积过程中, 强磁场不但使磁性薄膜取向, 而且在膜中诱导出了显著的垂直磁各向异性.     

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.