人工复合铁电薄膜的相变性质研究

建立3层铁电复合薄膜的理论模型,在G inzburg-Landau-Devonsh ire（GLD）唯象理论的框架下,引入局域分布函数描述不同材料间过渡层的性质,重点研究具有不同相变温度的铁电材料复合而成的铁电薄膜的相变性质.通过改变3种不同铁电材料的相变温度,计算复合铁电薄膜内部的极化强度分布和相变温度.研究表明：3种铁电材料相变温度的梯度变化导致了复合薄膜内部极化分布的梯度变化;在未达到薄膜的相变温度前,薄膜的平均极化强度的一阶导数出现了一个突降,造成了平均极化强度的极大降低;不同材料间过渡层厚度对薄     

薄膜厚度对铁电薄膜铁电性能的影响

为研究薄膜厚度对外延铁电薄膜铁电性能的影响,应用与时间有关的Ginzburg-Landau方程,在同时考虑应力和表面效应的条件下,获得了不同应力情况下,不同厚度铁电薄膜的电滞回线及蝶形应变迟滞回线.计算结果显示,处于不同应力值下的铁电薄膜,剩余极化强度和场致应变随着薄膜厚度的增加而增加.而矫顽场随着薄膜厚度的增加而减小.证明了不同应力情况下,薄膜厚度对剩余极化强度和矫顽场的影响是不能忽略的.这种变化趋势与实验结果的情况是一致的.     

底电极对BiFeO3薄膜电性质的影响

用溶胶-凝胶方法在LaNiO3,ITO和Pt底电极上制备了BiFeO3(BFO)薄膜.薄膜的退火温度为550℃.对不同底电极上的BFO薄膜的结构、形貌、铁电性、介电性和漏电流特性进行了研究.XRD研究表明不同底电极上的BFO薄膜呈不同的取向.所有的薄膜都没有观察到不纯相.剖面扫描电镜研究表明薄膜的厚度为350nm.铁电性测试表明在128kV/cm的测试电场下LaNiO3底电极上的薄膜的剩余极化强度最大,为3.31μC/cm2.而ITO和Pt底电极上的BFO薄膜的剩余极化强度分别为2.07μC/cm2与2.76μC/cm2.此外,漏电流的研究表明在ITO底电极上的BFO薄膜的漏电流最小.     

铁电极化调控SnSe薄膜光电性质研究

利用脉冲激光沉积(PLD)技术在铌酸锂基片上沉积SnSe薄膜,研究了不同极化方向的铁电基片对SnSe薄膜光电性质的影响.控制PLD沉积时间,在铌酸锂基片上沉积出不同厚度的SnSe薄膜.X射线衍射和X射线光电子能谱的结果显示制备了高取向的单相SnSe薄膜.薄膜横截面高分辨透射电镜结果显示了薄膜具有较高的结晶质量.在无光照情况下,当铁电极化方向指向薄膜时,极化场可向SnSe薄膜中注入电子,使p型SnSe薄膜的电阻增加;当极化方向背离薄膜时,极化场可向SnSe薄膜中注入空穴,使p型SnSe薄膜的电阻降低.当用仅能使SnSe薄膜发生电子-空穴分离的632 nm激光照射时,不同极化方向的样品都表现出光电导增加的现象.当用405 nm激光照射时,不同极化方向的铌酸锂与薄膜界面处发生的电子-空穴分离使SnSe薄膜表现出完全不同的光电导效应.利用能带模型解释了不同铁电极化方向的铁电基片对SnSe薄膜光电导性质调控的机理.     

铁电薄膜及其制备技术

具有铁电性且厚度尺寸为数十纳米到数微米的铁电薄膜具有良好的压电性、热释电性、电光及非线性光学特性 ,在微电子学、光电子学、集成光学和微电子机械系统等领域有着广泛的应用前景 ,是目前国际上新型功能材料研究的热点之一。通过综述铁电薄膜及其制备技术研究的新进展 ,给大家介绍铁电薄膜材料的基本特征、性能及应用 ,并重点分析铁电薄膜主要制备技术的优缺点 ,指出了目前铁电薄膜及其制备技术研究需要重点解决的一些问题。     

三明治结构薄膜的铁电性及蒙特卡罗算法模拟

用溶胶-凝胶方法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了BaTiO3/BiFeO3/BaTiO3三明治结构薄膜。XRD测试结果表明薄膜由BaTiO3相和BiFeO3相构成。通过铁电性测量在薄膜中观察到了反铁电极化。对薄膜中存在的反铁电性进行了基于伊辛模型的蒙特卡罗模拟。模拟结果表明薄膜中的反铁电性来自不同铁电层之间的反铁电耦合。     

铁电薄膜及其制备技术

具有铁电性且厚度尺寸为数十内米到数微米的铁电薄膜具有良好的压电性、热释电性、电光及非线性光学特性，在微电子学、光电子学、集成光学和微电子机械系统等领域有着广泛的应用前景，是目前国际上新型功能材料研究的热点之一。通过综述铁电薄膜及制备技术研究的新进展，给大空介绍铁电薄膜材料的基本特征、性能及应用、并重点分析铁电薄膜主要制备技术的优缺点，指出了目前铁电薄膜及其制备技术研究需要重点解决的一些问题。     

铁电薄膜平均极化性质的研究

应用Ginzburg-Landau-Devonshire(G-L-D)理论,研究由两种铁电材料组成的铁电双层膜系统的极化性质.通过引入的两个参量:参量α(描述铁电双层膜系统中两种铁电体的物理性能差异)和参量γ(描述铁电双层膜系统两种铁电体相变温度的差异),研究了不同的表面过渡层和双层膜系统厚度的条件下,铁电双层膜系统平均极化随这两个参量的变化情况.研究表明:参量α增大时,铁电双层膜系统的平均极化随之增大.当α取固定值时,平均极化随双层膜厚度L、表面自由能随位置变化的速度λ增大而增大;随着表面过渡层厚度Ls的增大而减小.参量γ增大时,铁电双层膜系统的平均极化减小.当参量γ取固定值时,平均极化随着表面过渡层厚度Ls的增大而减小;随着参量α、双层膜厚度L、表面自由能随位置变化的速度λ的增大而增大.     

铁电材料的发展历史和现状

铁电材料是一类重要的功能材料,是近年来高新技术研究的前沿和热点之一。通过罗息盐时期—发现铁电性、KDP时期—铁电热力学理论、钙钛矿时期—铁电软模理论、铁电薄膜及器件时期—小型化四个阶段阐述了铁电材料的发展历史,提出了研究中需要解决的一些问题。     

BiFeO3薄膜的溶胶-凝胶制备及其铁电和介电性质

采用Bi(NO3)3.5H2O和Fe(NO3)3.9H2O为原料,用溶胶-凝胶方法在Pt/Ti/SiO2/Si制备了BiFeO3薄膜。XRD研究表明在500℃以上退火薄膜能够获得良好的结晶。铁电性测试结果表明450℃和500℃退火的薄膜铁电性相对较弱。在430 kV/cm的测试电场下,剩余极化分别为0.255μC/cm2和0.36μC/cm2。而550℃和600℃退火的薄膜的铁电性相对较强,在相同的测试电场下剩余极化强度分别为2.27μC/cm2和2.97μC/cm2。介电性研究表明450—550℃退火的薄膜具有小的介电色散和介电损耗,而600℃退火的薄膜则具有大的介电色散和介电损耗。     

在LaNiO3衬底上（Pb,La）TiO3铁电薄膜的制备和研究

首先通过金属有机化合物热分解(MOD)法在Si(100)基片上制备出LaNiO3(LNO)薄膜,再通过溶胶-凝胶(sol-gel)法,在LNO/Si(100)衬底上制备出(PbxLa1-x)TiO3(PLT)铁电薄膜。经XRD分析表明,LNO薄膜具有(100)择优取向的类钙钛矿结构,PLT/LNO/Si薄膜具有四方相钙钛矿结构,同时以(100)择优取向。最后对薄膜的介电性和铁电性进行了测试,发现薄膜介电常数适中,铁电性良好。     

在LaNiO_3衬底上（Pb,La）TiO_3铁电薄膜的制备和研究

首先通过金属有机化合物热分解（MOD）法在Si（100）基片上制备出LaNiO3（LNO）薄膜,再通过溶胶-凝胶（sol-gel）法,在LNO/Si（100）衬底上制备出（PbxLa1-x）TiO3（PLT）铁电薄膜。经XRD分析表明,LNO薄膜具有（100）择优取向的类钙钛矿结构,PLT/LNO/Si薄膜具有四方相钙钛矿结构,同时以（100）择优取向。最后对薄膜的介电性和铁电性进行了测试,发现薄膜介电常数适中,铁电性良好。     

Highfield effects of layered perovskite ferroelectric thin films

Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ,ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｈｉｎｆｉｌｍｓａｎｄｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｈａｖｅｂｅｃｏｍｅｏｎｅｏｆｔｈｅｐｏｐｕｌａｒｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄｓｉｎｃｏｎｄｅｎｓｅｄｐｈｙｓｉｃｓａｎｄｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ[1,2].Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅｒｉｓｅｏｆｐｈｙｓｉｃｓｏｆｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｈｉｎｆｉｌｍｓａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｆｕｎｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｓｈａｖｅｐｕｓｈｅｄｔｈｅｒｅｓ…     

组合法制备Pb（ZrxTi（1-x））O3组分梯度薄膜

在无蒸馏和无惰性气氛保护的条件下,快速制备了用于组合合成Pb(ZrxTi1-x)O3薄膜的前驱溶液PT和PZ。采用组合法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了一系列Pb(ZrxTi1-x)O3组分梯度薄膜。经XRD分析表明,薄膜具有钙钛矿结构,择优取向为(111)。SEM结果显示薄膜厚度在500nm左右。电滞回线的测试表明,下梯度薄膜PZT-654表现出良好的铁电性能,明显优于其它薄膜。PZT-654梯度薄膜的剩余极化强度Pr为38.4μC/cm2,矫顽场Ec为75.0kV/cm,有较大的极化偏移,Poffset为12.9μC/cm2,表现出梯度铁电薄膜的特性。     

温度梯度铁电薄膜中的量子起伏效应研究

在平均场近似的理论框架下,采用拓展的横场伊辛模型理论,通过研究不同边界条件下的BaTiO3温度梯度铁电薄膜内的极化分布来探讨薄膜内部的量子起伏效应．研究表明：量子起伏效应对温度梯度铁电薄膜的极化性质有重要影响,它显著降低了薄膜内的极化强度;量子起伏效应在薄膜低温区的影响比在高温区的影响显著;对固定边界条件下的薄膜的影响要高于对自由边界条件下的薄膜的影响;对下温度梯度铁电薄膜的影响要大于对上温度梯度薄膜的影响;当量子起伏效应足够强时,下温度梯度铁电薄膜内的极化分布将会出现一个临界点,临界点前后极化偏移的方向发生了改变．     

Remarkable improvement of ferroelectric properties and leakage current in BiFeO<Subscript>3</Subscript> thin films by nd modification

Ferroelectric and leakage properties are important for ferroelectric applications. Pure and Nd-doped (x=0.05-0.20) BiFeO3 thin films were fabricated by sol-gel method on FTO substrates. The phase structure, surface morphology, leakage current, ferroelectric properties, and optical properties of BiFeO₃^- based thin films were investigated. The substitution of Nd³⁺ ions for the Bi3+ site converts the structure from rhombohedral to coexisting tetragonal and orthorhombic. Nd doping improves the crystallinity of BiFeO₃ thin films. The leakage current of Nd-doped BiFeO₃ decreases by two to three orders of magnitude compared with that of pure BiFeO₃. Among the samples, 15% Nd-doped BiFeO₃ exhibits the strongest ferroelectric polarization of 17.96 μC/cm². Furthermore, the absorption edges of Bi_1-xNd _x FeO₃ thin films show a slight red-shift after Nd doping.     

Effect of La Doping on Microstructure and Ferroelectric Properties of Bi4Ti3O12 Thin Films Prepared by Sol-gel Method

The Bi4Ti3O12 and Bi3.25La0.75Ti3O12 thin films were prepared on the Pt/Ti/SiO2/Si substrate using the sol-gel method. The effect of La doping on the microstructure and ferroelectric properties of Bi4Ti3O12 films were investigated. Both the Bi4Ti3O12 and Bi3.25La0.75Ti3O12 thin films exhibited typical bismuth layered perovskite structure. The 2Pr (remanent polarization) value of Bi3.25La0.75Ti3O12 thin films is 18.6 Μc/cm2, which is much larger than that of Bi4Ti3O12 thin films. And the Bi3.25La0.75Ti3O12 films show fatigue-free behavior, while the Bi4Ti3O12 thin films exhibit the fatigue problem. The mechanism of improvement of La doping was discussed.     

BiFeO_3薄膜的图案化制备及性能研究

采用短波紫外光照射仪（λ=184.9nm）作为光刻设备,在光掩膜的覆盖下,将沉积在（111）Si基板上的十八烷基三氯硅烷（OTS）自组装单分子层（SAMs）进行刻蚀形成图案,并结合溶胶-凝胶法在功能化的OTS-SAMs表面制备图案化BiFeO3薄膜,并对BiFeO3薄膜性能进行研究.结果表明,所得图案化BiFeO3薄膜为六方扭曲的钙钛矿结构,图案边缘轮廓清晰,宽度在200μm左右;在最大测试电场为385kV/cm下,所得电滞回线有较好的对称性和饱和性,剩余极化强度为0.17μC/cm2,饱和极化强度为3.8μC/cm2,矫顽场强为19kV/cm.在1kHz～1MHz的频率范围内,介电常数随频率增加逐渐减小,介电损耗较小.     

Ferroelectric properties of Bi_4Zr_(0.5)Ti_(2.5)O_(12) thin films prepared on LaNiO_3 bottom electrode by sol-gel method

The Bi4Zr0.5Ti2.5O12 (BZT) thin films were fabricated on the LaNiO3 bottom electrode using sol-gel method. The structure and morphology of the films were character-ized using X-ray diffraction, AFM and SEM. The results show that the films have a perovskite phase and dense microstructure. The 2Pr and 2Vc of the Pt/BZT/LaNiO3 capacitor are 28.2 μC/cm2 and 14.7 V respectively at an applied voltage of 25 V. After the switching of 1×1010 cycles, the Pr value decreases to 87% of its pre-fatigue val-ues. The dielectric constant (ε) and the dissipation factor (tanδ) of the BZT thin films are about 204 and 0.029 at 1 kHz, respectively. The films show good insulating behavior according to the test of leakage current. The clockwise C-V hysteresis curve observed shows that the Pt/BZT/LaNiO3 structure has a memory effect be-cause of the BZT film’s ferroelectric polarization.     

钙钛矿型铁电薄膜疲劳特性研究进展

针对铁电薄膜极化疲劳的问题,详细综述了其疲劳机理及其影响因素.给出了影响铁电薄膜疲劳的因素,该因素可分为内在因素和外在因素两大类.重点讨论了外在因素元素掺杂、电极、界面层优化、温度及气氛等的影响,并提出了相应的改善薄膜疲劳性能的措施.比较实用有效的方法是在金属电极和薄膜之间沉积一层与薄膜晶格参数接近的界面层.最后结合自身研究工作,指出建立界面层设计-微结构演变-疲劳性能之间的关系是我们以后重点关注的问题.