钛酸铅及钛酸钡的电子结构和铁电相变的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论研究了钛酸铅和钛酸钡的晶格振动性质和电子结构。结果表明立方相钛酸铅和钛酸钡的铁电不稳定性来源于Ti3d和O2p之间的轨道相互作用。钛酸铅和钛酸钡的铁电相变序的差异来自于两者不同的四方应变。在钛酸铅中,Pb6s轨道与O2p轨道形成有效的共价键,导致较大的四方应变,并使其四方相铁电不稳定性消失;而钛酸钡中Ba主要以离子形式存在,其四方相四方应变较小,其四方相仍可以发生低温铁电相变。     

锆元素修饰钛酸铋钠压电陶瓷的研究

在实验条件下,利用溶胶-凝胶方法合成了钛酸铋钠基Zrx(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06Ti1-xO3无铅压电陶瓷粉体。研究了锆元素取代量(x=0.05,0.1,0.2)对材料性能的影响。X射线衍射分析及对合成粉体进行SEM分析表明,所研究的组成均能形成目的物。烧结温度在600～700℃制得的粉体具有钙钛矿压电陶瓷结构。对合成的陶瓷材料进行的杂化研究表明,微量锆元素的引入有助于改善其压电性能,当x=0.05,在650℃焙烧2h,1150℃保温2h烧成的压电陶瓷材料性能优良,d33最高可达216PC/N,居里温度为289℃,机电耦合系数kp为40%,机械质量因子Qm达到140,介电损耗tgδ为0.021。     

溶胶-凝胶法制备0．85Pb（Mg1／3Nb2／3）O3—0．15PbTiO3铁电陶瓷及其性能研究

以无机盐和氧化物为原料,柠檬酸和乙二胺四乙酸（EDTA）为复合螯合剂,乙二醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法制备了0．85Pb（Mg1／3Nb2／3）O3-0．15PbTiO3（PMN—PT）铁电陶瓷粉体及其烧结体．并通过XRD和SEM分析了PMN—PT钙钛矿相的形成和烧结体的显微结构．讨论了不同烧结温度对陶瓷显微结构、介电、铁电及压电性能的影响．结果表明采用溶胶-凝胶法制备的PMN-PT陶瓷适宜烧结温度为1100℃,比常规固相合成法制备PMN—PT陶瓷的温度低100～200℃,且该条件下烧结的陶瓷性能优异：d33=252pC／N,Pr=17．8μC／cm2．     

钙钛矿结构无铅压电陶瓷的研究进展

随着人们环境保护意识的不断提升,无铅压电陶瓷的研究与应用已成为压电陶瓷发展的必然趋向。本文主要介绍了钙钛矿结构无铅压电陶瓷的三大体系,包括钛酸铋钠基无铅压电陶瓷、碱金属铌酸盐基无铅压电陶瓷和钛酸钡基无铅压电陶瓷,分析比较了其性能及研究进展,并对未来发展趋势做了展望。     

Sb对Li掺杂的KNN无铅压电陶瓷性质的影响

采用传统工艺制备了无铅压电陶瓷（Na0.5K0.45Li0.05）SbxNb1-xO3,研究了Sb掺杂对其压电、铁电、介电等性质的影响．实验结果表明,样品的居里点（Tc）、正交一四方相变温度（TT-O）均随Sb含量的增加而降低,掺杂7mol％Sb时,样品的居里点从454℃降至345℃,no从100℃降至室温以下．Sb5＋的引入限制了晶粒的生长,但提高了样品的致密度,从而提高了样品的压电、铁电性能．组分为（Na0.5K0.45Li0.05）Sb0.05Nb0.95O3的样品具有较为优异的性能：d33=241pC／N,Qm=50,kp=38．3％,d31=-83pC／N,g31=-0．08Vm／N,Pr=17μC／cm2,同时,该组分样品表现最“软”,具有相对最高的弹性柔顺常数SE11=14．2．     

钬铬共掺铁酸铋薄膜对钛酸铋钠钾铁电薄膜的性能调控

用溶胶-凝胶法,在Pt/Ti/SiO_2/Si(100)衬底上制备了钬铬共掺铁酸铋(BHFCO)-钛酸铋钠钾(NKBT)薄膜,系统研究不同BHFCO掺杂量对(1-x)NKBT-xBHFCO薄膜的微观结构、表面形貌和电学性能的影响.结果表明:680℃退火处理后的(1-x)NKBT-xBHFCO薄膜表面比较均匀、致密,结晶度较好;0.95NKBT-0.05BHFCO薄膜样品的剩余极化值(2P_r)最大(71.3μC/cm~2),矫顽场最小(2E_c=530 kV/cm),电滞回线饱和矩形度最好,漏电流最小(2.1×10~(-6 )A/cm~2).0.95NKBT-0.05BHFCO薄膜的,相对介电常数最大(约为493),介电损耗最小(约为0.04);薄膜的高温介电温谱表明,所有薄膜的居里温度(T_c)在(450±10)℃.不同厚度薄膜的介电性能表明,铁电薄膜内部的挠曲电效应显著降低了薄膜的最大介电常数值.     

铪基铁电薄膜及其隧道结存储器件研究

在信息技术高度发达的今天,传统的信息存储技术正面临着诸多挑战,铁电隧道结等新兴存储器受到了越来越广泛的关注基于氧化铪材料的铁电隧道结存储器具有读写快、能耗低、与传统CMOS工艺兼容等优势该文制备了两种底电极的铪锆氧铁电隧道结,测试其铁电特性和存储性能其中采用铂为底电极的铪锆氧铁电隧道结不仅有较高的剩余极化强度和优秀的疲劳特性,并且在编程速度和响应时间上优于传统的铁电材料,展现出良好的应用前景     

新型低维铁电材料及其器件

低维铁电薄膜是一种得到广泛研究的铁电存储器的核心材料,其利用自发极化这一本征特性来实现信息存储铁电材料的极化方向在外加电场作用下以超快速度进行切换,切换后的电畴具有保持特性利用该原理的新型存储技术可以实现高速、低功耗、非破坏性读取以及超高密度存储传统铁电材料受到临界尺寸限制,即随厚度减薄到极限尺寸后材料失去铁电特性,为此发展了大量的新型二维铁电薄膜,突破了以上临界尺寸的限制,为未来集成通用存储器带来了希望该文综述了铁电材料相关背景及研究理论;报道了低维铁电钙钛矿薄膜畴壁电流相关研究以及基于第一性原理的二维铁电材料理论研究和实验论证;阐述了基于这些新型低维铁电材料的铁电畴壁存储器,基于氧化铪的铁电场效应晶体管,以及铁电二极管的工作原理;总结了低维铁电材料及其器件这一崭新领域目前所面临的挑战,以及对未来进行了展望     

电离辐射效应对铁电薄膜畴结构影响模拟

运用蒙特卡洛方法计算电离辐射对铁电存储器(MFIS型铁电场效应晶体管)的损伤情况,再结合相场方法,建立了MFIS型铁电场效应晶体管相场模型.考虑电离辐射效应对场效应晶体管中铁电薄膜与电极以及绝缘体存在界面效应对存储器中铁电薄膜畴结构的影响.探究从畴结构的角度直观分析电离辐射效应对存储器损伤的可能原因.证实了界面厚度对BaTiO_3(BTO)铁电薄膜的畴结构会产生一定的影响;界面厚度的增加会使90°畴结构发生移动,主要为畴壁的移动,主要原因是界面处的极化小于内部,以及界面处的电势与内部形成的电势差,这些都会引起畴壁的移动,畴壁的移动以及畴壁数量减少,会减少体系的畴壁能,从而降低总体的能量.     

锆钛酸铅铁电薄膜畴壁导电的相场理论研究

铁电材料中的畴壁因具有不同于电畴内部的能量及极化分布情况而具有特殊的电磁性能.随着电镜技术的发展,铁电薄膜畴壁的导电性日益受到广大科研工作者的关注.畴壁导电是指在绝缘的铁电体材料中,在一定条件下畴壁充当导体传导电流.此传导电流不同于畴结构发生翻转时产生的位移电流.目前越来越多的实验已经探测到多种铁电材料畴壁中的传导电流,但其导电机理在理论上一直没有达成共识.该文采用相场理论模拟二维铁电薄膜的畴壁,通过在薄膜表面施加均匀电场,构造180°畴壁,然后在畴壁处加载局部电压,从理论上研究畴壁的导电性.结果发现:由于电场的施加,畴壁处电势比畴内电势高,载流子聚集在畴壁处;在畴壁处加载局部电压得到电流,畴壁处的电流值随着加载的局部电压值增大而增大.     

钛酸钡/互穿聚合物网络复合材料的研究

为进一步提高IPN材料的阻尼性能,将PU/VER IPN与钛酸钡(BT)压电陶瓷复合制备BT/IPN复合阻尼材料,并进行极化处理.研究了压电复合阻尼材料的阻尼性能、压电常数、相对介电常数和微观结构.结果表明:经1 000℃煅烧后的四方相BT粒子在IPN基质中分散较为均匀,孔洞和缺陷较少.极化使得BT/IPN复合材料的阻...     

BaTiO_3纳米纤维微结构和压电性能表征及其三维畴变观测

采用静电纺丝法在不同退火温度(600～750℃)制备了BaTiO_3纳米纤维,并分别通过XRD、SEM、PFM对其晶体结构、形貌和压电特性曲线进行了系统的表征.结果表明,在退火温度为700℃时,得到直径为100～300 nm的BaTiO_3纳米纤维是典型钙钛矿结构,其表面粗糙度更小.相比于其他的退火温度,700℃的纳米纤维具有典型的蝴蝶曲线和完整的180°的相位翻转,并获得较为优异的压电性能.因此700℃是BaTiO_3纳米纤维压电性能最优的退火温度.为了能给出不同外场下更清晰的畴变演化过程,利用PFM施加不同力载荷测试得到了700℃的纳米纤维的三维形貌、振幅和相位图.结果表明:随着力场的增加,BaTiO_3纳米纤维内部畴态有往水平方向翻转的趋势.     

钇掺杂氧化铪薄膜的铁电与非线性光学性能研究

铁电材料在铁电动态随机储存器、铁电场效应晶体管、铁电隧穿结和负电容器件等领域得到研究者的广泛关注近年来,铁电二氧化铪(HfO2)材料由于具有CMOS兼容性、高介电常数、宽带隙等特点成了研究热点该文使用脉冲激光沉积技术制备了钇掺杂铁电二氧化铪（HYO）并研究了其铁电和疲劳特性,指出薄膜的疲劳是由束缚在浅势阱中的注入载流子造成的畴壁钉扎效应引起进一步研究了60Co γ 射线对HYO薄膜铁电存储性能的影响,发现薄膜的抗辐照能力优于传统的铁电材料最后,研究了基于HYO薄膜的非线性光学效应,计算出的HYO薄膜的二阶非线性系数为χ(2)=（6.0±0.5） pm/V这些研究为铁电HfO2薄膜在存储和非线性光学领域的应用奠定了基础     

氮气中退火制备（Bi，Dy）4Ti3O12铁电薄膜

采用化学溶液沉积法(CSD)将Bi3.4Dy0.6Ti3O12(BDT)前驱体溶液沉积在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(111)基底上,然后在氮气环境中分别于600℃、650℃、700℃和750℃四个温度下退火,成功地制作出BDT铁电薄膜.用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等分别对其表面形貌、结构及其成份进行了表征;用铁电分析仪测试了其铁电性能.随着退火温度的升高,薄膜的晶粒尺寸逐渐增大,但其剩余极化不是随着退火温度的升高而单调增加.氮气中650℃退火的BDT铁电薄膜结晶良好,并且具有最大的剩余极化值(2Pr=7.8μC/cm2;Ec=95.7 kV/cm).另外,就温度对BDT铁电薄膜性能的影响机理进行了讨论.     

(Bi_(0.94)(Na_(0.94-x)Li_x))_(0.5)Ba_(0.06)TiO_3系无铅压电陶瓷极化工艺研究

采用传统陶瓷工艺合成了(Bi_(0.94)(Na_(0.94-x)Li_x))_(0.5)Ba_(0.06)TiO_3(缩写为BNBT6-5L)非铅压电陶瓷。本文主要研究该陶瓷样品的极化工艺。结果表明:陶瓷的电性能对极化电场强度和极化温度的依赖性较大,而对极化时间的依赖性较小;最佳的极化时间是15min,极化温度是80℃,极化电场是3.5k V/mm。     

晶粒间交互作用对铁电薄膜畴结构和翻转性能的影响

非易失性铁电存储器由于具备一系列优良的特性被视为最具有潜力的存储器之一.实验上制备出的铁电材料多为多晶材料,并且晶粒取向、晶粒大小分布不均匀,而这些因素都会影响材料的铁电性能.前人在关于多晶铁电材料的研究上做出了很多贡献,但晶粒间相互影响的内在机理还不明晰.该文建立了多晶铁电薄膜的相场模型,研究了某一晶粒取向的改变对其他晶粒以及整个薄膜材料畴结构和畴翻转性能的影响,进一步探讨了晶粒间的交互作用.结果表明,随着晶粒取向的改变,晶粒内部畴结构会发生相应的旋转,并且其左右相邻的晶粒畴结构会随之发生旋转.另外,由于长程电交互作用的影响,在外加周期电场情况下,左右相邻的晶粒边界处极化方向会趋于一致.而当其他晶粒取向为0°,薄膜右下角晶粒取向从0°不断增大至90°时,薄膜的剩余极化和矫顽场不断增大,特别是晶粒取向差异较大时会导致顽固的印记失效现象,并且无法通过增强外加电场消除,因此,在实验上应该避免大的取向差异,同时保留一定的取向差异以获得更大的剩余极化.     

无铅压电陶瓷（Sr2-xCax）2Bi4Ti5O18制备及其压电性能研究

采用固相合成法制备了铋层状无铅压电陶瓷Sr2-xCaxBi4Ti5O18（SCBT）（0≤x≤0.2）.利用XRD对900℃合成出的粉体进行了表征,结果显示粉体相结构是Aurivillius结构相.通过SEM形貌分析可以看出1160℃保温2h烧结出的陶瓷为片状结构.研究结果表明SCBT陶瓷的居里温度、矫顽场随钙含量的增加而增加.     

PTO种子层对PZT铁电薄膜结晶温度和电学性能的影响

该文采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上制备了PZT和PZT/PTO两种结构的铁电薄膜,通过PTO种子层调控PZT薄膜的微观结构和电学性能.研究发现,加入PTO种子层之后,薄膜的SEM图像呈现出更加致密的形态,晶粒分布较均匀.PZT/PTO铁电薄膜在550℃下退火后测得的剩余极化强度比PZT薄膜650℃下退火获得的剩余极化强度要大,说明种子层的加入降低了薄膜的结晶温度.此外,加入PTO种子层后,PZT铁电薄膜的介电常数升高,介电损耗降低,抗疲劳性能也变好,薄膜的电学性能得到了较好的改善.     

新型低维铁电材料研究进展

能够通过外部电场来调控极化的铁电材料可用于非易失性存储器、场效应晶体管和传感器等领域为了提高器件集成效率与性能,器件的小型化日趋重要,因此铁电薄膜的制备获得了广大学者的关注但是,对于传统铁电薄膜,尺寸效应和表面效应的存在抑制了其发展2004年石墨烯的发现预示着维度降低会引发一些不同于块材的新的特性从此,石墨烯逐步引领大家走向二维材料的世界,掀起了二维铁电材料的研究热潮二维铁电发展至今,已经涌现出了不少既被理论预言又被实验验证的体系,如范德瓦尔斯层状材料、铁电金属、传统低维或表面铁电薄膜、（共价）功能化铁电材料等一系列各具特色的新型铁电材料该文先介绍了铁电物理中的一些最基本的概念、研究理论以及研究方法,然后综述了低维铁电材料在近年来的发展,最后对该领域今后的发展进行了展望     

HfO2基铁电薄膜在循环电场 载荷下的极化翻转行为

二氧化铪（HfO2）铁电薄膜具有优秀的CMOS工艺兼容性,10 nm以下工艺制程的微缩能力,可采用原子层沉积（ALD）技术实现在3D电容器结构中的保型生长,因此在实现低功耗、高集成密度的非易失性存储器应用方面显示出巨大的潜力该文首先简要回顾了HfO2基铁电薄膜的发现过程和随后的国内外研究现状,然后以Si掺杂HfO2铁电薄膜在循环电场载荷下的实测结果为例,介绍了这一新型铁电材料极化翻转行为中出现的唤醒（wake up）、疲劳和饱和极化翻转电流峰劈裂等效应,分别总结了对上述现象现有的实验和理论研究进展