LaNiO3底电极上Bi4Zr0.5Ti2.5O12薄膜的制备及性能

利用Sol-gel法在p-Si(111)衬底上制备了LaNiO₃底电极, 再利用Sol-gel法在LaNiO₃底电极上制备出Bi₄Zr_0.5Ti_2.5O₁₂(BZT)铁电薄膜, 对其微观结构和电学性能进行了研究. 利用X射线衍射仪、原子力显微镜和扫描电镜观测其微观结构, 发现制备的BZT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构, 并且薄膜表面晶粒尺寸均匀, 结晶情况良好. 对Pt/BZT/LaNiO₃电容结构进行了铁电性能研究, 在测试电压为25 V时, 2Pr和2Vc分别达到28.2 μC/cm²和14.7 V; 经过1×10¹⁰次极化反转后, 剩余极化值下降了大约13%; 室温下, 在测试频率1 kHz时, 薄膜的介电常数为204, 介电损耗为0.029; 漏电流测试显示制备的BZT薄膜具有良好的绝缘性能; C-V曲线为顺时针方向回滞, 存储窗口大约为3.0 V, C-V特性测试显示这种Pt/BZT/LaNiO₃结构有望实现极化型存储.     

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.     

Sol-gel法制备Bi3.25La0.75Ti3O12铁电薄膜及其性能

采用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Bi3.25La0.75Ti3O12 (BLT)薄膜.制备的BLT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构,而且表面平整致密.对700℃退火处理的BLT薄膜进行了铁电性能、疲劳特性和漏电流测试: 在测试电压为10 V时,剩余极化值2Pr大约是18.6 μC/cm2,矫顽电压2Vc大约为4.1 V;经过1×1010次极化反转后,剩余极化值下降了大约10%;漏电流测试显示制备的BLT薄膜具有良好的绝缘性能.室温下,在测试频率1 kHz时,薄膜的介电常数为176,介电损耗为0.046.     

铁电薄膜的漏电行为及其电滞回线形变

采用全耗尽非对称双Ｓｃｈｏｔｔｋｙ垫垒模型，以Ｐｔ／Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３／Ｐｔ／Ｐｔ（Ｐｔ／ＰＺＴ／Ｐｔ）三明治结构铁电薄电容为例，对铁电薄膜的漏电及礤电滞回线形变等进行了分析，详细讨论了由非对称界面引起的薄膜漏电流，平带电压，击穿电压，以及电滞回线的不封闭性，剩余极化和矫顽电场的变化、电滞回线垂直漂移等现象，理论计算与实验结果符合得很好。     

阳极氧化温度对Al-Ti复合氧化膜结构和电性能的影响

采用水解沉积-阳极氧化方法制备了高介电常数的Al-Ti复合氧化膜. 通过膜溶解试验, 膜成分AES深度分析及电性能测试, 研究了恒电流阳极氧化过程中, 阳极氧化温度对Al-Ti复合氧化膜的生长、结构及电性能的影响. 结果表明, 随着阳极氧化温度升高, Al-Ti复合氧化膜的形成速率增大, 氧化膜的结构由两层转变为三层, I-V特性也发生显著变化, 铝电极箔的比容有一最大值. 50℃所形成氧化膜的局部击穿最明显, 氧化膜的漏电流最小, 而耐电压最高.     

Sol-gel法制备Bi3.25La0.75Ti3O12铁电薄膜

采用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备了Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂ (BLT)薄膜. 制备的BLT薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构, 而且表面平整致密. 对700℃退火处理的BLT薄膜进行了铁电性能、疲劳特性和漏电流测试: 在测试电压为10 V时, 剩余极化值2Pr大约是18.6 μC/cm², 矫顽电压2Vc大约为4.1 V; 经过1×10^{10次极化反转后, 剩余极化值下降了大约10%; 漏电流测试显示制备的BLT薄膜具有良好的绝缘性能. 室温下, 在测试频率1 kHz时, 薄膜的介电常数为176, 介电损耗为0.046.}     

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．     

Sol-gel法制备Bi3.4Ce0.6Ti3O12铁电薄膜及其性能

采用Sol-gel法在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备Bi_3.4Ce_0.6Ti₃O₁₂薄膜. 利用X射线衍射仪和原子力显微镜对其微观结构进行了观察, 发现制备的薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构, 而且表面平整致密. 对Bi_3.4Ce_0.6Ti₃O₁₂薄膜的介电、铁电、疲劳和漏电流等性能进行了研究, 结果表明: 室温下, 在测试频率1 kHz时, 其介电常数为172, 介电损耗为0.031; 在测试电压为600 kV·cm^-1, 其剩余极化值2Pr达到了67.1 μC·cm^-2, 具有较大的剩余极化值, 矫顽场强2Ec也达到了299.7 kV·cm^-1; 经过4.46×10⁹次极化反转后, 没有发生疲劳现象, 表现出良好的抗疲劳特性; 漏电流测试显示制备的Bi_3.4Ce_0.6Ti₃O₁₂薄膜具有良好的绝缘性能.     

前驱体中Bi含量对Bi_(3.4)Ce_(0.6)Ti_3O_(12)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67.1μC/cm2和299.7kV/cm;同时还表现出良好的抗疲劳特性和绝缘性能.     

Sb2Te3纳米薄膜的ECALE法制备

研究了利用电化学原子层外延法(electrochemical atomic layer epitaxy, ECALE)在Pt电极上生长Sb₂Te₃化合物半导体薄膜热电材料的过程. 采用循环伏安扫描分别研究了Te和Sb在Pt衬底上以及在覆盖了一层元素之上的电沉积特性, 在此基础上使用自动沉积系统交替电化学沉积了400个Te和Sb原子层. 采用XRD, FESEM和FTIR等多种分析测试手段对沉积薄膜的结构、形貌、禁带 宽等进行了表征. XRD结果表明, 沉积物是Sb₂Te₃化合物, 与EDX定量分析和 电量计算结果吻合; FESEM对薄膜表面及断面形貌检测表明沉积颗粒排列紧 密、大小均匀, 平均粒径约为20 nm, 薄膜均匀平坦, 膜厚约190 nm; 由于沉积薄膜的纳米结构, FTIR吸收谱出现蓝移, 测得Sb₂Te₃薄膜禁带宽为0.42 eV.     

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.     

FAD非晶金刚石薄膜的场电子发射性能研究

利用真空磁过滤弧沉积(FAD)技术制备得到了无氢的非晶碳膜.由于非晶碳膜中数量极高的四面体键(sp~3键)的存在,这种非晶碳膜也可被称作非晶金刚石薄膜.报道了这种非晶金刚石膜的场电子发射特性,并对其能带结构和发射机理进行了研究.实验结果表明,在阈值电场为15V/μm的情况下,测得的场发射电流超过20μA,薄膜的电子发射行为符合Fowler-Nordheim场发射理论.非晶金刚石膜具有负电子亲合势和较小的有效功函数.如此低的阈值电场和高的发射电流,表明这种非晶金刚石薄膜的场电子发射性能已达到甚至超过目前文献上报道的最好结果,为非晶金刚石膜作为场发射材料在平板显示器等真空微电子器件中的实际应用提供了可能性     

硅量子点双势垒存储结构及其编程机制的研究

采用等离子体化学气相沉积(PECVD)及热退火方法制备了含硅量子点的Si Cx薄膜.透射电子显微镜(TEM)观测表明Si Cx薄膜中生长了大量硅量子点.制备了含Si Cx薄膜包裹硅量子点的双势垒存储器结构.TEM观测表明,采用上述工艺成功制备了Si3N4/Si Cx薄膜/Si-QDs/Si Cx薄膜/Si O2双势垒结构的存储器结构.利用硅量子点的库伦阻塞效应及量子限域效应,从理论上分析了双势垒硅量子点存储器的编程机制,建立了双势垒存储结构阈值电压漂移模型,模拟仿真表明双势垒存储器的阈值电压漂移要大于单势垒存储器,编程速度更快.存储结构C-V特性测试表明,样品在扫描栅压为±12 V时有10 V左右的存储窗口,证明双势垒存储结构具有良好载流子存储效应.     

不同方法制备的Pt对电极染料敏化太阳能电池的光电性能研究

采用磁控溅射（sputtering）、高温热分解（high-temp）H2Pt Cl6·6H2O溶液和低温化学还原（low-temp）H2Pt Cl6·6H2O溶液等方法在FTO导电基片上制备了三类不同的Pt对电极,通过改变磁控溅射时间或旋涂退火循环次数,对FTO上不同对电极的载Pt量进行了调节.分析了三种不同方法制备的对电极的晶相结构、表面形貌以及透光率等特性.基于纳米管阵列和不同条件制备的对电极组装了系列染料敏化太阳能电池.测量了正照射和背照射条件下的电池光电性能,并分析了制备方法对对电极微结构和形貌的影响,以及对组装电池光电性能的影响,并对其各自的适用性和优缺点进行了比较分析.     

新型SINP硅蓝紫光电池的研究

本研究中,采用以下主要步骤:先在p-型Si的绒面上,进行磷扩散形成同质p-n结,再低温热氧化生长超薄SiO2层,然后利用射频磁控溅射沉积ITO减反射/收集电极膜,成功制备了一种新型ITO/SiO2/np晶硅SINP结构蓝紫光电池.通过X-光衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见光透射谱(UV-VIS),以及霍尔效应(Halleffect)测量方法,表征了高质量ITO薄膜的微结构、光学与电学特性.并重点对SINP结构光电池的光谱响应和I-V特性,进行了详细地计算和分析.结果表明,具有蓝紫光以及其它可见光波段的光谱响应和光电转换的增强效果,是该器件的主要特征.其较高的短路电流密度,适合于发展成为新型结构的硅基太阳能电池.     

聚合物纳米复合电介质电热耦合分子断裂击穿特性与机理研究

薄膜介电电容器是电力系统、新能源汽车及电磁能装备中广泛使用的高功率储能设备.但面对越来越高的工作温度,电介质的击穿强度急剧下降,导致电容器的储能密度大幅减小.为了明确电介质击穿特性和温度间的定量关系,本文制备了聚丙烯/氧化铝和聚醚酰亚胺/氧化铝纳米复合电介质,研究其击穿强度的温度依赖性.结果表明,电介质的击穿场强随温度升高下降幅度增大,两者间为凸函数关系.但传统击穿模型均得到击穿强度与温度的变化为凹函数关系,与实验结果不符.本文建立了电热耦合分子断裂击穿模型,模型解析值与实验数据的最大误差仅为3.57%;从分子定向运动导致局部分子链相互作用强度下降的角度揭示了聚合物的击穿机理;纳米填料掺杂会导致复合电介质中的分子链受到束缚,界面区分子链间相互作用增强,并减少弱束缚分子链段,提升电介质的击穿场强及其温度稳定性.该研究为开发耐高温储能电容器提供了理论模型支持.     

外延晶体硅薄膜太阳电池的量子效率和特性研究

为了澄清限制所制备的颗粒硅带上的晶体硅薄膜太阳电池效率的主要因素,对制备在颗粒硅带、经区熔(ZMR)后的颗粒硅带和单晶硅衬底上的外延晶体硅薄膜太阳电池进行了QE和Suns-Voc研究.结果表明,颗粒硅带上沉积的外延层的表面有一定的粗糙度,它不但增加了电池表面的漫反射,也使氮化硅减反射膜的结构变得疏松,最终影响了减反射膜的陷光效果;沉积在颗粒硅带上的硅活性层的晶体质量也较差,较重的晶界复合限制了少子扩散长度,使得制备在颗粒硅带上的硅薄膜太阳电池在长波方向上的光谱响应明显变坏.所制备的晶体硅薄膜太阳电池的暗特性参数值均不理想,电池性能尤其受到过高的暗饱和电流I02值和过低的并联电阻Rsh值的严重影响.高的I02值是由于结区硅活性层较差的晶体质量所导致的严重的晶界复合造成的,低的Rsh值被归结为电池经激光切割后未经钝化的裸露的PN结及电池边缘的漏电造成的.     

准连续Ag纳米线微网调制的新型VO_2低发射率智能节能薄膜的制备及其性能研究

二氧化钒(VO_2)温控智能节能窗是建筑节能领域的研究热点,但其发射率高,影响了节能效果的进一步提升.本文从金属银纳米线微网结构的宽波段光学调制作用出发,设计并制备了AgNW/VO_2多层复合结构.该新型复合薄膜兼具优良热致变色和低发射率双重特征.研究结果表明:与直接镀制于VO_2表面的AZO,Pt等结构相比,准连续Ag纳米线微网结构在降低发射率?和保持VO_2相变前后的太阳热调节效率ΔTsol方面具有明显优势.对于镀制于石英玻璃上的单层VO_2薄膜来讲,通过优化AgNWs的涂覆厚度,可将发射率降低至0.21,同时ΔTsol仍保持5.8%.本研究表明这种复合结构对提升VO_2节能涂层的节能效果明显.     

外延晶体硅薄膜太阳电池的量子效率和特性研究

为了澄清限制所制备的颗粒硅带上的晶体硅薄膜太阳电池效率的主要因素, 对制备在颗粒硅带、经区熔(ZMR)后的颗粒硅带和单晶硅衬底上的外延晶体硅薄膜太阳电池进行了QE和Suns-Voc研究. 结果表明, 颗粒硅带上沉积的外延层的表面有一定的粗糙度, 它不但增加了电池表面的漫反射, 也使氮化硅减反射膜的结构变得疏松, 最终影响了减反射膜的陷光效果; 沉积在颗粒硅带上的硅活性层的晶体质量也较差, 较重的晶界复合限制了少子扩散长度, 使得制备在颗粒硅带上的硅薄膜太阳电池在长波方向上的光谱响应明显变坏. 所制备的晶体硅薄膜太阳电池的暗特性参数值均不理想, 电池性能尤其受到过高的暗饱和电流102值和过低的并联电阻Rsh值的严重影响. 高的I02值是由于结区硅活性层较差的晶体质量所导致的严重的晶界复合造成的, 低的Rsh值被归结为电池经激光切割后未经钝化的裸露的PN结及电池边缘的漏电造成的.     

Au/PZT/BIT/p-Si结构铁电存储二极管的可靠性

采用脉冲激光沉积(PLD)工艺制备了Au/PZT/BIT/p-Si结构铁电存储二极管.对该二极管的I-V特性、电容保持特性、疲劳(fatigue)特性和印迹(imprint)特性进行了研究.结果表明该铁电二极管的I-V特性表现出明显的单向导电性,表现出类似于Schottky二极管的特性,电流密度在+4V电压下为6.7×10-8A/cm2,而在-4V电压下仅-5.3×10-10A/cm2,50℃以下该特性得以良好保持;撤除所施加的5V偏压后,经10h观察,电容仅变化5%,二极管具有较好的电容保持特性;在100kHz,5V双极方波加速疲劳下,107次开关极化以后铁电薄膜系统几乎没有显示任何疲劳,经109次极化循环,剩余极化Pr仅下降10%,矫顽电场Ec增加12%;200W紫外灯光辐照20min后,尽管剩余极化和矫顽电场均有所变化,并产生了电压漂移(voltageshift),但印迹优值因子FOM约0.2,二极管未出现印迹失效.