PZT薄膜的相转变与晶格参数的研究

研究Ｓｏｌ－ｇｅｌ制备ＰＺＴ薄膜材料相结构与晶格参数,研究ＰＺＴ薄膜相变、衬底与温度关系和不同Ｚｒ／Ｔｉ比Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１－ｘ）Ｏ３（ｘ＝０．２～０．８）。结果表明：ＰＺＴ薄膜从烧绿石相向钙钛矿相转变的温度在Ｐｔ衬底上为６００℃,在不锈钢上为６５０℃。ＰＺＴ铁电体薄膜的晶格参数和晶格畸变随Ｚｒ／Ｔｉ比的不同而变化;在铁电四方相区,随Ｚｒ含量增加,ａ＝ｂ轴逐渐增大,ｃ轴稍有缩短,四方晶系发生畸变;     

脉冲准分子激光制备多层铁电薄膜的铁电性能研究

为ＦＲＡＭ、ＦＦＥＴ、ＦＤＭ的实际应用和研究提出了多层结构铁电薄膜的设计思想．采用脉冲准分子激光淀积方法实际制备了两种不同电极的ＢＩＴ／ＰＬＺＴ／ＢＩＴ／ｐ－Ｓｉ多层铁电薄膜．用Ｓａｗｙｅｒ－Ｔｏｗｅｒ电路测试了这两种薄膜的铁电性能．结果表明,多层结构铁电薄膜具有良好的铁电性能,并且以氧化物为电极的铁电薄膜的铁电性能优于用金属为电极的铁电薄膜     

优化的B位离子氧化物共烧法制备钙钛矿结构的PYN—PZN—PT三元铁电陶瓷

通过优化B位离子氧化物共烧方法,成功制备出具有纯钙钛矿结构的Pb（Yb1/2Nb1／2）O3-Pb（Zn1／3Nb2／3）O3—PbTiO3（PYN-PZN-PT）三元铁电固溶体陶瓷,有效地抑制PZN基陶瓷制备过程中烧绿石相的形成．选取（0．48-x）PYN-0．52PZN-xPT（x=0．24～0．28）,对三元体系的相结构、铁电、压电和介电性能进行了研究．结果表明：烧结得到的陶瓷致密均匀无杂相,晶粒尺寸2～4μm;随着PT含量的增加,物相经历了从三方相到三方和四方相共存的准同型相界（MPB）、再到四方相的结构演变;MPB附近的组分具有优异的性能,性能最好的组分是0．21PYN-0．52PZN-0．27PT,其压电系数d33—550pC／N,室温介电常数ε′=2070,矫顽场Ec=19．9kV／cm,居里温度Tc=260℃;陶瓷样品的介电温谱表现出介电弥散以及介电峰的展宽等类弛豫体的特点．     

新型存储材料BIT铁电薄膜B位双掺杂初探

利用化学溶液沉积法，在Pt／Ti／SiO2／Si（100）基底上和700℃条件下分别制备了Nd和（Al，Sc）共掺杂的钛酸铋薄膜（Bi3.15，Nd0.85）（Ti3-x（Alx，scx））O12[记做BNT（AI（x），sc（x））]（x=0．015，0．030，0．045，0．060），并进行了这一系列薄膜的微结构、表面形貌、铁电等特性的研究．发现当掺杂含量为x=0．030时，薄膜具有较高的剩余极化强度（2Pr=24．80／2C／cm2）．讨论了相关的物理机制．     

MFS结构铁电薄膜C-V特性的研究及界面电位降的计算

利用准分子激光原位淀积方法制备了BIT／PZT／BIT,PZT／BIT和BIT层状铁结构电薄膜,借助HP4192A低频率阻抗分析仪对样品的C—V特性进行了测试,用半导体理论讨论了金属—铁电薄膜—半导体（MFS）结构的电容电压（C—V）特性,由C-V曲线理论算出界面电位降Vi,结果表明,界面电位降与测量电容、薄膜电容及耗尽层电容有关．在三种结构中,BIT／PZT／BIT结构的界面电压降为最小,其界面效应优于单层和双层结构的界面效应．     

Co和Nb掺杂PZT铁电薄膜的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法在LaNiO3／Si衬底上制备了PbCoy（Zrx,Ti1-x）O3（PCZT）与PbCoyNbx（ZrxTi1-x）O3PCNZT）铁电薄膜,实验发现钴掺杂PZT比例为12mol％时,PCZT薄膜具有优良的铁电性和介电性,但是漏电流较大．为了能够很好地弥补PCZT薄膜漏电流太大的缺点,在12mol％Co掺杂的PCZT薄膜中掺入不同比例的Nb（在1mol%～10mol％掺杂范围内）,实验结果表明,Nb掺杂比例越大,PCNZT薄膜的漏电流越小,但同时Nb掺杂减小了PCZT薄膜的剩余极化强度和介电常数．     

Mn掺杂对Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜介电性能的影响

以醋酸盐和钛酸四丁酯为原料，采用溶胶-凝胶工艺在Pt／TiO2／SiO2／Si基片上制备了掺锰Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜。通过X射线衍射和扫描电镜分析研究了薄膜的相结构和形貌，测试了以Pt为底电极、Ag为上电极的MFM电容器的介电性能。研究结果表明：掺锰Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜较未掺杂的Ba0．5Sr0．5TiO3薄膜介电常数高、介电损耗降低。介温谱表明在居里温度附近发生弥散型相变，且居里温度有向低温方向漂移的趋势。     

碳化硅薄膜制备及其场发射特性

采用热丝化学气相沉积法在Si（111）、Ti（101）衬底上制备了SiC薄膜,并利用X射线衍射和傅里叶变换红外吸收光谱（FTIR）对薄膜的结构、成分及化学键合状态进行了分析．XRD结果表明,制备的SiC薄膜呈现3C-SiC结晶相,有很好的择优取向性．HIR谱显示,薄膜的吸收特性主要为Si-C键的吸收,其吸收峰为804．95cm^-1．从原子力显微镜对SiC薄膜表面形貌的测试分析可以看出,样品表面呈规则精细颗粒状结构且薄膜结构致密．此外,在高真空系统中（6．0×10^-4Pa）对生长的SiC薄膜进行场敛发射特性测试,结果表明生长的SiC薄膜具有场致发射特性：样品的开启电压为82．1V／μm,最大电流密度为631．5μA／cm^2．     

PZT／Si异质结的电特性研究

采用Ｓｏｌ／Ｇｅｌ工艺制备ＰＺＴ／Ｓｉ结构，从该结构的极化特性、开关特性和Ｉ－Ｖ特性等方面研究了硅衬底上铁电薄膜的自偏压异质结特性．并以这种效应分析了ＦＲＡＭ电容中铁电薄膜的疲劳机制．     

Ba（1-x）SrxTiO3（BST）／钙钛矿型氧化物超导薄膜异质结构的研究及发展

钛酸锶钡Ba（1-x）SrxTiO3（BST）铁电薄膜材料在集成铁电器件领域具有很大的优势和潜力，BST与铂（Pt）等贵金属电极材料的界面特性限制了BST的实际应用，氧化物超导薄膜代替贵金属材料做底部电极取得了不少突破性的进展，综述了国内外研究人员对Ba（1-x）SrxTiO3（BST）／钙钛矿型氧化物超导薄膜异质结构和基本介电性能等方面的研究及成果。     

两表面层铁电薄膜体介质层效应理论研究

基于横场伊辛模型的平均场近似理论,研究了具有两个表面层铁电薄膜的体介质层对整个铁电薄膜相变性质的影响.给出了一个适合于研究任意层数具有两个表面层及体介质层铁电薄膜相变性质的递归公式.研究了体介质层的交换相互作用参量和横场参量对整个铁电薄膜相图的影响,以及交换相互作用参量对横场参量过渡值的影响和横场参量对交换相互作用参量的影响.结果表明,相图中铁电区、薄膜的居里温度、体介质层的横场参量过渡值均随体介质层的交换相互作用参量的增大而增大;体介质层的交换相互作用参量随体介质层的横场参量的增大而增大;而相图中铁电区、薄膜的居里温度却随体介质层的横场参量的增大而减小,并且发现体介质层的交换相互作用参量对薄膜的影响比其横场参量稍大些.最后也给出了两个表面层的交换相互作用对相图的影响.     

退极化场对Ba0.5 Sr0.5 TiO3外延薄膜的铁电和介电性能的影响

基于Ginzburg-Landau-Devonshire唯象理论,定性研究了在有或无退极化场情形下外延Ba_0.5Sr_0.5TiO₃薄膜的铁电和介电性能随厚度的依赖特性。结果表明:与无退极化场相比,退极化场的存在使薄膜极化强度空间分布更均匀,抑制了系统的平均极化强度,降低了相变温度(ΔT_c),但增加了临界厚度(Δh_c、Δh_m)和调谐率(Δφ),尤其在电极弱补偿情况下更加显著,厚度为100 nm时薄膜的ΔT_c、Δh_c、Δh_m和Δφ分别约为-57.5 ℃、15 nm、40 nm和20%;外延薄膜的介电性能取决于极化强度对外加电场的响应能力,而非极化本身,这一观点可从完全相反的极化强度和调谐率厚度依赖性趋势充分证明。     

基于共面波导传输线的铁电薄膜可调带通滤波器

铁电薄膜的介电常数强烈地依赖于所施加电场强度的大小。基于这一原理,提出一种新颖的基于共面波导传输线结构的铁电薄膜可调带通滤波器。滤波器的输入输出采用抽头线的方式分别与谐振器相接,外加电压通过滤波器的输入输出端口直接施加到谐振器处的铁电薄膜上,用以改变铁电薄膜的介电常数,从而改变谐振器的谐振频率,实现带通滤波器通带频率的移动。这种新型结构的铁电薄膜可调带通滤波器具有结构紧凑、尺寸小及施加外加偏压容易等优点。仿真结果表明:铁电薄膜的介电常数在外加偏压下从250减小到200时,带通滤波器的传输特性曲线的形状基本保持不变,通带的中心频率从9.95GHz增加到10.04GHz,其3dB带宽保持在0.13GHz,反射损耗始终小于-20dB。     

镁掺杂钛酸锶铅钡薄膜的介电调谐性能研究

采用Sol-Gel法在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备出未掺杂和掺杂Mg的（Ba0.5Sr0.5）0.85Pb0.15-TiO3薄膜．采用XRD、SEM和Agilent 4294A精密阻抗分析仪研究了Mg掺杂量对薄膜的结晶性,表面形貌和介电性能的影响．结果表明：随着Mg掺杂量的增加,PBST薄膜的介电常数减小,介电损耗降低,介电调谐量先减少后增加．当Mg掺杂量为0．8mol％时,PBST薄膜具有最大的优值因子．     

Soft-mode hardening in SrTiO3 thin films

Understanding the behaviour of the dielectric constant in ferroelectric thin films remains a challenging problem. These ferroelectric materials have high static dielectric constants, and so are important for their applications in high-storage-density capacitor structures such as dynamic random access memory (DRAM). But the dielectric constant tends to be significantly reduced in thin films, thereby limiting the potential benefit of ferroelectrics for memory devices. Extensive studies have shown that this phenomenon could be caused by a 'dead layer' of very low dielectric constant between the ferroeletric film and the electrode. And, although very few direct measurements are in fact available, it has been recognized that the lattice dynamical properties in the thin films should also play a key role in the reduction of the dielectric constant. Here we report far-infrared ellipsometry and low-frequency dielectric measurements in SrTiO3 thin films, which demonstrate that the Lyddane-Sachs-Teller relation between the optical-phonon eigenfrequencies and the dielectric constant is fully maintained, as is the case in the bulk material. This indicates that the dramatic reduction of the dielectric constant is a consequence of a profound change of the lattice dynamical properties, in particular of the reduced softening of its lowest optical-phonon mode. Our results therefore provide a better understanding of the fundamental limitations of the dielectric constant values in ferroelectric thin films.     

脉冲激光沉积法制备的Pb(Zr0.4Ti0.6)O3铁电薄膜漏电机理

利用准分子脉冲激光器在Pt/Ti/SiO2/Si(111)衬底上制备了Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT)铁电薄膜.利用掩膜技术,采用磁控溅射法在PZT薄膜上生长Pt上电极,构架了Pt/PZT/Pt铁电电容器异质结.采用X射线衍射和电容耦合测试技术分别表征了PZT铁电薄膜的微结构和电学性能.研究发现:在5 V的测试电压下,在560℃较低的沉积温度下生长的PZT薄膜电容器的剩余极化强度为187 C/m2、矫顽电压为2.0 V、漏电流密度为2.5×10-5A/cm2.应用数学拟合的方法研究了Pt/PZT/Pt的漏电机理,发现当电压小于1.22 V时,Pt/PZT/Pt电容器对应欧姆导电机理;当电压大于2.30 V时,对应非线性的界面肖特基传导(Schottky emission)机理.     

无铅Bi0．5（Na0．90-xKxLi0．10）0．5TiO3-NaNbO3压电陶瓷的微结构与电学性能

采用传统陶瓷工艺制备了Bi0.5（Na0.90-xKxLi0.10）0.5TiO3-NaNbO3无铅压电陶瓷,利用XRD、SEM等测试技术分析表征了陶瓷的结构、表面形貌、介电、压电与铁电性能．研究结果表明,该体系陶瓷具有单相钙钛矿结构,NaNbO3的引入使Bi0．5（Na0．90-xKxLi0.10）0.5TiO3体系的相界发生了移动;随着钾含量的增加,NaNbO3对体系性能的影响越明显．在室温下,该体系表现出较好的压电与铁电性能：压电常数d33和机电耦合系数kp分别达到174pC／N和29．6％,陶瓷样品表现出明显的铁电体特征,剩余极化强度达到33．4μC／cm^2．     

溶胶凝胶法制备（ Ba0.3Sr0.7）（Zn1/3Nb2/3）O3微波介质陶瓷薄膜

以柠檬酸和乙酰丙酮为络合剂和稳定剂,金属硝酸盐为起始原料制备溶胶.采用甩胶旋涂法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制膜并在O2环境下退火,重复3次制得所需薄膜.采用XRD,FTIR和SEM分析薄膜的结晶性,微观结构和表面形貌.结果表明：制备的薄膜主晶相为（Ba0.3Sr0.7）（Zn1/3Nb2/3）O3,伴有少量的第二相,同时,薄膜表面致密,无气孔,结晶良好,结晶颗粒均匀分布于薄膜的表面.     

Effect of La and Co-doping on microstructure and electrical properties of Bi FeO_3 thin films

Adding both La3＋and Co3＋was used to tune the microstructure and electrical properties of Bi Fe O3（BFO） thin films, and Bi1-xLaxFe0.90Co0.10O3 thin films were grown on the Sr Ru O3-buffered Pt-coated silicon substrates by a radio frequency sputtering. A polycrystalline structure with（110） orientation was shown in thin films, and their resistivity dramatically increases as the La3＋content increases. Their dielectric constant increases,and dielectric loss decreases with increasing La3＋content.In addition, their ferroelectric and fatigue properties were enhanced with rising La3＋content. The thin films with x = 0.03 have optimum electrical properties（e.g., remanent polarization 2Pr＊ 175.6 l C/cm2, coercive field2Ec＊ 699.5 k V/mm, dielectric constant er＊ 257 and tan d ＊ 0.038）, together with a good fatigue behavior. The impendence analysis of the films was conducted to identify the defects type during conductivity, and both hopping electrons and single-charged oxygen vacancies are mainly responsible for the conduction of grain and grain boundaries regardless of La3＋content. As a result, the doping with both La3＋and Co3＋benefits the improvement in the electrical properties of BFO thin films.     

薄膜厚度对1-3型BaTiO3-CoFe2O4多重铁性薄膜相变温度的影响

基于热动力学理论,通过对演化方程的线性稳定分析,确定了1-3型BaTiO3-CoFe2O4(BTO-CFO)多重铁性复合材料中的铁电、铁磁相变温度.考虑系统中基底与薄膜之间及薄膜内铁电相、铁磁相之间的内应力和外应力的弹性耦合,确立了顺电到铁电/铁磁地相变临界温度地解析式.临界温度与两相体积分数、基底、薄膜的晶格尺寸、薄膜两相的材料性能及薄膜厚度都有很大关系.两相的相变临界温度可以通过调节体积分数及薄膜厚度进行控制.