用横场伊辛模型研究退极化场对铁电薄膜的影响

考虑到退极化场对铁电薄膜性质的影响,提出了一个改进的横场伊辛模型,在平均场理论的框架下研究了薄膜的一系列铁电行为.计算结果表明退极化场使薄膜的自发极化曲线更加平坦,膜的极化变得更加均匀,得到了与朗道—金兹堡理论的一致结果.     

应变诱导外延Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜铁电介电性能的频率依赖特性

基于修正的Landau-Devonshire唯象理论和Landau-Khalatnikov方程,研究了不同失配应变下外延Ba_0.6Sr_0.4TiO₃薄膜相稳定性和频率依赖的铁电介电性能。结果表明:室温下铁电c相、正交aa相和顺电相为稳态相且均为二级相变;在0.1 kHz的外加电场频率下,压应变增加了c相的面外剩余极化强度(P_r)和矫顽场(E_c),而拉应变增加了aa相的面内剩余极化强度和矫顽场。此外,随着频率的增加,相界处P_r和E_c均增加,介电常数呈先快速后缓慢的下降趋势,最大调谐率逐渐减小且相应失配应变逐渐趋于零,这主要归因于频率的增加导致相变温度(ΔT_c)升高。进一步计算显示,面外的失配应变移动、调谐率降低和ΔT_c分别为0.017%、10.6%、7.3 ℃,其与面内结果(0.019%,9.7%,7.7 ℃)相近。     

退极化场对铁电超晶格热力学性质的影响

应用平均场理论,在横场伊辛模型的框架内,研究了退极化场对铁电超晶格热力学性质的影响.计算结果表明:退极化场使铁电超晶格的自发极化曲线更加平坦,使介电峰合并,并抑制超晶格的界面效应.     

锆掺杂对Ba0.5Sr0.5Nb2O6陶瓷铁电性能的影响

采用部分共沉淀法制备了纯相及锆掺杂的Ba0.5Sr0.5Nb2O6无铅铁电陶瓷,研究了其相组成、致密度及铁电性能。结果表明,适量的掺杂锆,并引入SiO2为烧结助剂,可制备出致密、单一的钨青铜Ba0.5Sr0.5(ZrxNb1-x)2O6陶瓷。随着Zr4+掺杂量的增加,陶瓷的矫顽场Ec有所降低,剩余极化强度Pr和饱和极化强度Ps均减小。     

利用同步辐射XRD研究BiFeO3 外延多铁薄膜的微结构

使用脉冲激光沉积在SrTiO₃ 衬底上生长了不同厚度的BiFeO₃(BFO)薄膜, X 射线衍射分析表明薄膜是BFO 外延薄膜. X 射线反射率测量发现BFO 薄膜密度随着厚度的增加而增加, 同时薄膜表面存在厚度为数纳米的非设计覆盖层. 随着厚度的增加, BFO 薄膜由完全应变过渡到应变部分弛豫状态, 同时BFO 从四方相转变为单斜相.     

氮气氛围下热处理的Na0.5Bi0.5TiO3薄膜的低温介电性能研究

采用溶胶凝胶法在LiNaO3(LNO)衬底上制备Na0.5Bi0.5TiO3(NBT)薄膜.部分NBT薄膜在氮气氛围下进行了热处理,记为NBT-N2.在100～400 K的温度范围内,测量了NBT-N2的介电性能.NBT-N2薄膜的介电频谱中出现了损耗峰,存在弛豫现象.利用Arrhenius公式拟合弛豫所对应的激活能,发现在NBT-N2薄膜中存在2个热激活过程:一个对应氧空位电离引入的极化子的跳跃跃迁;另一个对应导电电子与偏离氧八面体中心的Ti离子之间的耦合.此外,采用复阻抗谱分析了NBT-N2薄膜中的介电弛豫过程,在测试温度范围内,随着温度的升高,该弛豫过程逐渐趋向于理想的德拜模型.     

PbTiO3多晶及薄膜材料强电场下的电热效应研究

基于Landau-Devonshire的热动力学模型,计算了PbTiO3块体及薄膜材料在铁电相变附近的电热效应。PbTiO3块体在769 K出现了一级铁电-顺电转变。700 K时其矫顽场为25MV·m-1。强的电场使得PbTiO3块体材料的一级相变逐渐转变为二级连续相变,且相变在更高的温度发生。PbTiO3薄膜材料的相变为二级相变,熵值减小,而熵变也相应减少。随着电场的增强,两者的比热容减小,但对应的温度向高温方向移动,2者的熵值却随着电场的增大而增强。对于PbTiO3薄膜来说,随着面内错配度的变化,张应力使相变温度降低,而压应力则相反。计算了PbTiO3块体与薄膜材料的绝热温变与制冷热容,其中块体的绝热温变ΔTad与制冷热容RC最大,分别为4.76 K与94.1 kJm-2K-1。     

温度对铁电薄膜极化反转的影响

基于Landau-Khalatnikov运动学方程,研究含有表面过渡层的铁电薄膜的极化反转性质与温度的依赖关系。研究结果表明温度的升高会降低铁电薄膜的平均极化,降低反转电流的峰值,并且缩短铁电薄膜的极化反转时间。     

LaNiO_3缓冲层对Ba_(0.5)Sr_(0.5)TiO_3薄膜微结构和介电性能的影响

利用射频磁控溅射法,在Pt/Ti/SiO2/Si和LaNiO2/Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜.采用X-ray衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM),研究了两种衬底上BST薄膜样品的结晶性和表面形貌.结果表明:BST薄膜材料均为钙钛矿相,直接生长在硅衬底上的BST薄膜无择优取向,晶粒尺寸为20～30 nm,而LaNiO2缓冲层上生长的BST薄膜则为(100)择优取向,晶粒尺寸约为150～200 nm.室温下测试了薄膜的介电性能.研究结果表明,LNO缓冲层显著提高了BST薄膜的介电常数和介电可调率.     

衬底对直流磁控溅射制备TiO2薄膜结构和形貌的影响

在气压为1Pa和2Pa的情况下,文章采用直流磁控溅射法分别在Si(100)、Al2O3陶瓷、普通载玻片3种衬底上生长TiO2薄膜;利用原子力显微镜对TiO2薄膜的表面形貌进行观察,研究了压强及衬底对薄膜表面形貌的影响。并研究表明,在Si(100)衬底上生长的TiO2薄膜,气压为2Pa时比1Pa时表面粗糙度要大;在相同溅射气压下,Si(100)衬底上得到的TiO2薄膜质量明显优于Al2O3陶瓷和普通载玻片衬底上的。     

外推长度对铁电存储材料BaTiO_3薄膜极化分布的影响

基于朗道-德文希尔（Landau-Devonshire）平均场热力学理论,计算并阐述了在非对称的边界条件下外延生长的铁电存储材料BaTiO3薄膜的极化特性,特别研究了外推长度在薄膜由顺电相到铁电相的相变中所表现出来的重要作用,得出铁电薄膜的极化特性及其分布强烈地依赖于外推长度的取值,揭示了外推长度在铁电薄膜的铁电相变中的物理本质.     

温度对La0.5Sr0.5CoO3和Pr0.5Sr0.5CoO3薄膜载流子浓度的影响

采用离子束溅射法在LaAlO3(110)衬底上制备La0.5Sr0.5CoO3和Pr0.5Sr0.5CoO3钙钛矿薄膜,研究了载流子浓度、迁移率与温度的关系.结果表明:在375～667 K温度范围内,La0.5Sr0.5CoO3和Pr0.5Sr0.5CoO3薄膜的载流子浓度、迁移率随温度升高而增大,La0.5Sr0.5CoO3和Pr0.5Sr0.5CoO3薄膜导电机制符合小极化子模型.     

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。     

PbTiO_3铁电薄膜的制备及性能研究

本文讨论PbTiO_3铁电薄膜的溶胶-凝胶制备技术、机理及PbTiO_3薄膜的结构和电性能.研究结果表明,在MgO和SrTiO_3单晶基片上制备的PbTiO_3薄膜为钙钛矿型结构的高度取向薄膜;在Si单晶基片上制备的PbTiO_3薄膜为钙钛矿型结构的陶瓷薄膜.PbTiO_3薄膜具有良好的铁电性能和热释电性能,这些膜薄适合于制备铁电存储器和热释电红外探测器.     

铁电薄膜的介电性质

基于平均场近似的软模理论,研究了含有表面过渡层的铁电薄膜介电函数的实部ε'和虚部ε″的随温度变化的动态特性。实验结果表明,随着温度的升高ε'和ε″分别出现两个峰和一个峰。当表面过渡层的作用增大时,薄膜的平均介电常数实部和虚部的峰变宽,峰值降低而且峰位向低温区移动。     

梯度应变对钛酸钡薄膜介电行为的影响

考虑膜中应变随位置的变化,应用Pertsev热力学理论,研究了BaTiO3薄膜介电常数随温度的变化。发现衬底与膜间热膨胀系数差和膜的沉积温度显著影响介电常数的值及其峰值温度,介电常数随沉积温度的降低而增大,计算结果与实验数据较好地吻合。     

氧分压对磁控溅射BST薄膜及其介电性能的影响

为了应用平板式射频磁控溅射设备制备出良好介电性能的钛酸锶钡(BST)纳米薄膜,研究了溅射过程中不同氧分压(pO2)对沉积薄膜的化学成分、结晶性、表面形貌、电学性能的影响.实验结果表明:纯氩无氧气氛沉积的BST纳米薄膜化学成分符合化学计量比,经750℃、30 min氧气保护热处理后,呈现出BST材料固有的钙钛矿相,有较高的介电常数(rε=700)和较低的漏电流密度(1.9μA/cm2);氧氩混合气氛沉积的BST纳米薄膜,由于氧负离子反溅射作用,使薄膜的化学成分偏离化学计量比,经相同热处理后,不能形成相应的晶体结构,导致薄膜的rε下降、漏电流密度提高,介电性能变坏;pO2的变化对沉积薄膜的化学成分影响不大.     

化学溶液沉积法制备Pb0.5Ba0.5TiO3薄膜的结构及电学性能研究

采用化学溶液沉积法在Pt/TiO2/SiO2/Si基片上制备钛酸铅钡Pb0.5Ba0.5TiO3(PBT)薄膜.薄膜呈纯钙钛矿结构,无杂相生成.此外,薄膜表面光滑致密、没有微裂痕.薄膜得到的晶粒尺寸较小,约为17 nm.在700℃ lh退火的薄膜有良好的电学特性,在1 kHz频率下测量得到的介电常数、损耗因子分别约为265和5％;此外,在500 kV/cm电场驱动下,薄膜得到的剩余极化(2Pr)约为16 μC/cm2,矫顽电场(Ec)约为110 kV/cm.这些结果表明,PBT固溶体薄膜有望成为铁电器件的候选材料.