Ce掺杂HfO_2薄膜的化学溶液法制备及其铁电性能研究

氧化铪基薄膜与金属氧化物半导体(CMOS)工艺高度兼容,具有良好的可微缩性和保持性能,其铁电性的发现引起了科学家们的广泛关注.该文通过化学溶液法在铂(Pt)衬底上制备5 mol%和10 mol%的铈掺杂氧化铪基(Ce:HfO_2)薄膜,并在不同的退火温度条件下对薄膜进行处理.分别利用电滞回线,掠入射X射线衍射(GIXRD)对薄膜的铁电性能和结构进行了测试和表征.研究发现:5 mol%的铈掺杂氧化铪薄膜具有铁电性,铈掺杂在氧化铪中诱导了铁电正交相;10 mol%的铈掺杂氧化铪薄膜则表现出了反铁电性,最大剩余极化(P_r)为21.02μC/cm~2.实验结果表明,通过调控掺杂浓度,铈元素能诱导出氧化铪薄膜中的铁电相.     

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     

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     

与CMOS工艺兼容的氧化铪基铁电材料的亚稳相及其存储器器件力学

该文对新型的氧化铪基铁电晶体管存储器的巨大优势及其面临的工程和科学问题进行了详细评述,提出了存储器"器件力学"的概念.作为电子信息技术最核心的存储器是衡量国家综合实力和关系国家安全的战略性技术,我国全部依赖进口,几乎不能做到自主可控.新型存储器是我们"变轨超车"的绝佳机会.氧化铪基铁电晶体管(FeFET)存储器与CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺完全兼容,这就为其产业化创造了得天独厚的先天条件.HfO_2基铁电薄膜的FeFET存储器与CMOS兼容,可以实现FinFET(鱼鳍3D架构),可以突破后摩尔时代、有望填补"存储鸿沟",具有超高抗辐射能力、能耗低等突出优点,将引领新型存储器的发展方向.疲劳性能不是很好、存储器存储窗口的均匀性欠佳是限制氧化铪基FeFET存储器产业化的技术瓶颈,即工程问题.亚稳相、复杂界面效应、存储器"器件力学"的理论基础不清楚是限制与CMOS工艺兼容的氧化铪基铁电存储器产业化的关键科学问题.需要从氧化铪基FeFET存储器面临的工程问题提炼出基础科学问题,通过氧化铪基材料的铁电物理本质、亚稳相及其本构关系的研究,将界面的物理力学性能研究作为一个桥梁,提出栅极电压V_G即"场效应"和"铁电性"双控制因素下的存储器"器件力学"理论模型和实验研究方法,从而为解决氧化铪基FeFET存储器的技术瓶颈提供理论和实验支撑.     

不同复合方式的铁电薄膜极化性质研究

为了优化人工复合铁电薄膜的性能,建立三种材料复合而成的新型铁电薄膜的理论模型,采用Ginzburg-Landau-Devonshire(GLD)唯象理论,三种组元间采取不同的复合方式,同时引入一个分布函数来描述它们之间过渡层的性质,在不同的复合方式下,重点对复合铁电薄膜的极化性质展开了研究。研究表明复合方式的变化引起了薄膜内部极化强度分布的显著变化,该复合薄膜的平均极化强度随温度的变化与体材料的相应关系有显著区别。随着温度的逐渐升高,在未达薄膜相变温度前,平均极化强度出现了一处突降,这一性质在复合铁电薄膜热释电性质及其器件的应用上有十分重要的意义。     

飞秒Z扫描技术测量材料光学非线性的研究

介绍了用飞秒脉冲光Z扫描技术测量材料光学非线性的方法.指出了用飞秒Z扫描技术测量材料的光学非线性时出现的溶剂非线性问题(在波长800nm下,测得了空玻璃比色皿池充满常用的溶剂去离子水和乙醇后的非线性折射率系数n2值分别为1.61×10-14 esu和2.26×10-14 esu);材料出现非线性折射及非线性吸收饱和现象问题;热透镜效应问题;激光器参数的选用问题,并提出了相应的解决的方法.     

一种自组装薄膜的纳秒非线性折射特性研究

应用Z扫描技术研究了一种富勒烯衍生物盐的自组装薄膜的纳秒非线性折射特性.测得样品在波长532 nm处的非线性折射率为n2=-2.22×10-6esu.初步分析表明,大的非线性折射可能起源于薄膜分子的致密有序排列和纳米层状结构.     

N-(4-吡啶亚甲基)苯胺类化合物非线性光学效应的理论研究

应用量子化学FF/PM3方法计算了一系列N-（4-吡啶亚甲基）苯胺类化合物的二阶非线性光学系数,研究了不同的取代基及其不同的取代位置对其非线性光学性质的影响,结果表明：此类化合物的非线性光学性质与其分子结构有密切的关系。     

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.     

多酸衍生物非线性光学性质的理论研究新进展

近年来,分子基非线性光学材料因其优异的非线性光学特性受到了人们集中的关注,多金属氧酸盐具有多样的结构和良好的电子性质,作为优良的无机构筑模块参与到分子设计中,可以获得有较好应用前景的非线性光学材料.本文在微结构非线性光学材料方面综合概述了Keggin型和Lindqvist型多酸衍生物类非线性光学材料的理论研究及分子设计进展.     

双光子近共振激发的非线性光学过程

基于原子能级跃迁理论,引入虚能级和虚过程概念,分析解释强激光入射钠原子蒸气形成双光子吸收所发生的参量四波混频、超拉曼散射等非线性光学过程.这种方法把双光子激发的量子效应理解为单光子激发的能级跃迁辐射的物理图像,实验结果支持了这种分析.     

光学成像系统中非线性畸变的数字校正方法分析

当前,广角类光学成像系统得到广泛应用,人们要采用数字图像处理技术实现镜头非线性畸变的快速处理,提高信息获取的准确性和速度。基于此,本文分析了系统非线性畸变的产生原因,提出根据畸变图像圆点位置关系实现数字插值校正的方法。通过试验分析可知,该方法能够通过转换各像素坐标获得校正图像,实现图像快速、有效校正。     

铁元素掺杂TiO2纳米晶薄膜结构和光学性质研究

通过反胶束法制备掺铁（1%）的TiO2纳米溶胶,用浸渍提拉法在洁净的玻璃基底上形成不同条件下铁掺杂的TiO2（Fe-TiO2）纳米薄膜,分别在500℃和700℃温度下对陈化干燥的铁掺杂的TiO2凝胶进行热处理,得到不同粒径和不同堆积的铁掺杂TiO2纳米晶体.将不同制备条件下得到的（Fe-TiO2）纳米膜进行UV-可见光谱、SEM图像进行研究.实验表明：经过700℃热处理的铁掺杂的TiO2纳米晶粒比500℃铁掺杂的TiO2纳米晶粒大,且薄膜不同涂覆次数对TiO2纳米晶粒的大小与堆积均产生一定的影响;随着膜涂覆层数的增加,掺Fe-TiO2纳米薄膜的紫外可见吸收光谱出现明显红移,吸光度也大大增加。     

用表面等离子体测量GaAs半导体的三阶光学非线性极化率

本文给出了用依赖于强度的表面等离子体色散关系研究三阶光学非线性极化率ｘ（３）的新方法．可得ｘ（３）的大小和符号．实验中所用激光波长为１．０５μｍ,样品为ＧａＡｓ,ｘ（３）（ω）～１．２×１０－９ｅｓｕ．     

用Z—scan法研究推拉型偶氮化合物的非线性光学性质

利用Ｚ－ｓｃａｎ法，对掺有以偶氮苯作为母体的一个系列推拉型偶氮化合物的有机聚合物薄膜的非线性光学系数进行了测量，实验结果的分析表明，材料的非线性折射率来源于共轭π电子效应。     

含石墨烯纳米带苯并噻二唑衍生物的非线性光学性质理论研究

以苯并噻二唑分子为母体,用石墨烯纳米带增长共轭π桥,设计了五个系列的衍生物。研究了共轭1T桥的不同增长方式、长度和不同形状对分子的电子结构及非线性光学性质的影响．研究结果表明：部分目标分子的非线性极化率的常用对数与共轭链长存在一定的线性定量关系;共轭链长对含苯并噻二唑直线型共轭竹桥的分子的极化率比D—GNR—A分子和角型共轭π桥的分子的极化率影响程度大;部分目标分子的一阶极化率α与△E-1、二阶极化率β与α·△E-1、三阶极化率γ与α·AE吨和与β·AEq都有较好的相关性．     

不同退火气氛下BNT铁电薄膜的制备及其性能研究

采用溶胶凝胶法(sol-gel)并分别在N2和O2中退火,制备了Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)铁电薄膜.对样品进行X射线衍射(XRD)测试,用扫描电子显微镜(SEM)对其形貌进行表征并用铁电分析仪分析其铁电性能(P-E).实验结果显示样品具有纯BTO钙钛矿晶体结构,均匀致密的表面形貌,很好的铁电性能(Pr25 kV/cm2).在O2中退火的BNT薄膜具有更优异的结构和性能,说明O2环境能够有效抑制退火过程中氧空位的产生.     

LiNbO3晶体掺杂改性的研究

介绍了多种掺杂LiNbO3晶体的实验研究.用提拉法生长了掺杂LiNbO3晶体,测定了压电性能和非线性光学性能,并测定了某些杂质在LiNbO3晶体中的分凝系数和在表面浓集情况.结果表明,向LiNbO3晶体中掺入Cr,可一定程度地改善其压电性能;掺入Eu、Ce可较大程度地改善其非线性光学性能;Er在Er:LiNbO3晶体表面严重富集.这对进一步开展掺杂LiNbO3晶体的应用研究具有重要意义.     

与CMOS后端工艺高度兼容的Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_2铁电电容的制备和性能研究

最近,在氧化铪薄膜材料中掺杂适量元素发现了铁电性,因为氧化铪薄膜材料与传统的钙钛矿结构铁电材料相比具有可微缩性化、较大的矫顽电场、与CMOS后端工艺高度兼容等优势,从而引起了广泛的关注.该文对应用于铁电场效应晶体管(FeFET)的存储介质Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_2(HZO)基铁电薄膜的制备进行了研究.采用原子层沉积法(ALD)制备HZO基铁电薄膜,研究了不同厚度(9 nm、19 nm、29 nm)、不同顶电极(TaN、Pt),以及不同退火温度(450～750℃)对HZO铁电薄膜的铁电性能的影响.结果表明,选用TaN作为上电极,退火温度为550℃时,19 nm厚氧化铪铁电薄膜表现出更加优异的铁电性能.同时,表征了HZO铁电薄膜的保持和疲劳性能,以及HZO铁电薄膜在高低温环境下的稳定性.