La~(3+)、Nd~(3+)掺杂对Bi_4Ti_3O_(12)纳米薄膜铁电和介电性能的优化（英文）

采用溶胶-凝胶法和快速热处理工艺,在Pt(111)/Ti/SiO_2/Si(100)衬底上制备出Bi_4Ti_3O_(12)及其La~(3+)、Nd~(3+)掺杂系列铁电薄膜Bi3.5(La/Nd)_(0.5)Ti_3O_(12),并对其相组成、微观结构、铁电和介电性能进行了研究。X射线衍射谱和SEM综合显示,薄膜均匀、致密,呈随机取向的多晶钙钛矿结构。铁电和介电性能研究表明:其掺杂系列较未掺杂薄膜具有更优异的极化行为和矩形度(剩余极化强度Pr从9.35μC/cm2增至15.53和26.24μC/cm2)、更低的漏电流密度(从10-4 A/cm2降至10-6 A/cm2甚至10-9 A/cm2)和更高的介电常数,但同时介电损耗也逐渐增加(高频段时tanδ从0.02增至0.10和0.25)。     

退火工艺对Pb(Zr_(0.55)Ti_(0.45))O_3铁电薄膜结晶取向的影响

用射频磁控溅射法在Pt(111)/Ti/SiO2/Si上成功的制备了Pb(zr0.55Ti0.45)O3(PZT)铁电薄膜,通过传统退火(CFA)和快速退火(RTA)不同的退火方式,获得了(100)和(111)择优取向的铁电薄膜。对薄膜电学特性的测试表明,薄膜的织构对其电学性能有很大影响,(111)取向的薄膜与(100)取向的薄膜相比,剩余极化Pr和矫顽场Ec较大,但抗疲劳特性却较差。     

Ba(Zr0.3Ti0.7)O3薄膜的结构及性能

用溶胶-凝胶法分别在Pt/Ti/SiO2/Si和LaNiO3/Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了锆钛酸钡[Ba(Zr0.3Ti0.7)O3,BZT]薄膜.相结构及介电性能研究表明:衬底和薄膜厚度对BZT薄膜性能具有显著影响.制备在LaNiO3/Pt/Ti/SiO2/Si衬底上的BZT薄膜具有(100)面的择优取向,其介电常数及介电损耗则随着薄膜厚度的增加而降低.对制备在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上的BZT薄膜,在薄膜厚度低于500nm时,其介电常数随薄膜厚度增加而增加,大于500nm时又有所减小.     

Pt/SrRuO3/Bi0.975La0.025Fe0.975Ni0.025O3/Pt薄膜电容器的光伏效应

采用溶胶-凝胶法在Pt(111)/Ti/SiO_2/Si(001)基片上制备了厚度分别为240、360、480和600 nm的多晶La和Ni共掺的Bi_(0.975)La_(0.025)Fe_(0.975)Ni_(0.025)O_3/(BLFNO)薄膜,并以Pt/Sr Ru O3(SRO)为复合上电极构建了Pt/SRO/BLFNO/Pt薄膜电容器。用波长为404 nm、强度为5 mW/cm2的紫光作为光源测试了Pt/SRO/BLFNO/Pt薄膜电容器的光伏效应。实验发现:Pt/SRO/BLFNO/Pt薄膜电容器的光电流随极化的翻转而反转;此外,Pt/SRO/BLFNO/Pt薄膜电容器的光伏效应还体现了对BLFNO薄膜厚度依赖性。开路电压随厚度的增加而增大,短路电流密度随厚度的增加而减小。当上电极Pt/SRO的电势高于底电极Pt时,开路电压分别为-0.08、-0.10、-0.13和-0.35 V,短路电流密度分别为6.72、5.71、0.83和0.61μA/cm~2;当上电极Pt/SRO的电势低于底电极Pt时,开路电压分别为0.07、0.09、0.10和0.27 V,短路电流密度分别为-5.75、-4.38、-0.92和-0.28μA/cm2。通过对Pt/SRO/BLFNO/Pt薄膜电容器光伏效应的分析发现,极化起着主导作用。     

Ni掺杂对铋层状钙钛矿Bi_6Fe_2Ti_3O_(18)薄膜微结构及铁电性能的影响

利用化学溶液沉积法在Pt/Ti/SiO_2/Si(100)基片上制备了Bi_6Fe_(2–x)Ni_xTi_3O_(18)(x=0,0.5,1.0,1.5)薄膜,研究了不同Ni掺杂量对Bi_6Fe_2Ti_3O_(18)薄膜微结构和铁电性能的影响。X射线衍射和Raman光谱测试结果表明:当Ni掺杂量x=1.5时,薄膜仍能保持单相结构,晶格畸变和薄膜压应力随Ni掺杂量分别逐渐增大和减小。Ni掺杂薄膜具有Aurivillius相陶瓷材料典型的不规则扁平状颗粒。随着Ni掺杂量逐渐增加,薄膜的P_s和P_r先增大后减小,而Ec和漏电流逐渐增大。Ni掺杂导致的Bi_6Fe_2Ti_3O_(18)薄膜晶格畸变增加,薄膜压应力减小和氧空位浓度增加是引起薄膜铁电性能变化的主要原因。     

上电极对镧镍共掺铁酸铋薄膜电学性质的影响

采用溶胶?凝胶法在Pt(111)/Ti/SiO_2/Si(001)基片上制备了La和Ni共掺的多晶Bi_(0.975)La_(0.025)Fe_(0.975)Ni_(0.025)O_3(BLFNO)薄膜,分别以氧化铟锡(ITO)和Pt/Sr Ru O_3(SRO)为上电极构建了ITO/BLFNO/Pt和SRO/BLFNO/Pt两种电容器。研究了两种上电极对BLFNO薄膜电学性质的影响。当测试电场为1 333 kV/cm时,ITO/BLFNO/Pt和SRO/BLFNO/Pt电容器的剩余极化强度分别为105和139μC/cm~2。通过拟合两种电容器的电流密度,发现导电机理都为Poole-Frankel机制。当404 nm的紫光入射到两种电容器表面,电流密度都相应的增大。测试电场为250 kV/cm时,ITO/BLFNO/Pt电容器电流密度增长量为6.55×10~(?4 )A/cm~2;而SRO/BLFNO/Pt电容器的增长量为1.38×10~(?4 )A/cm~2。     

Li_(1-x)Bi_(4+x)Ti_4O_(15)薄膜制备与表征

在LiNO_3/SiO_2/Si基板上制备了Li_(1-x)Bi_(4+x)Ti_4O_(15)系列薄膜(x=0.3、0.4、0.5、0.6),并系统分析了这些薄膜的微观结构以及铁电、介电及漏电等电学特性。研究结果表明,在氮气气氛中以600℃持温30 min制备的单一相薄膜中Li0.5Bi4.5Ti4O15薄膜的结晶效果最好,且在其表面可成长出独立晶粒分布状态;x为0.5时薄膜的剩余极化强度2Pr=53.5μC/cm2、矫顽场2Ec=144.2 k V/cm,此时薄膜的铁电性能相对最佳;该系列薄膜的介电常数介于37~100,介电损失相对偏高,介于0.7~1.0;所有薄膜的漏电流均随外加电压的增加而逐渐增大,其中Li0.5Bi4.5Ti4O15薄膜漏电流最小,外加电压为10 V时其值约为3.88×10-6A。     

溶胶-凝胶法制备Ba_(0.90)Sr_(0.10)Zr_xTi_(1-x)O_3成分梯度薄膜的介电性能

采用溶胶-凝胶法在Pt(111)/Ti/SiO2/Si衬底上制备Ba0.90Sr0.10ZrxTi1-xO3(BSZT)(x=0～0.40)组分及其成分梯度薄膜,研究各组分及梯度薄膜的相结构、显微结构及其介电性能。结果表明:随着Zr含量的增加,组分BSZT薄膜的相对介电常数(εr)和介电损耗(tanδ)降低,Curie温度向低温方向移动。与单相薄膜相比,成分梯度薄膜同时具有适中的相对介电常数(150εr300),低的介电损耗(tanδ0.014),高的材料优值(30)及良好的温度稳定性。     

含Ti-Al阻挡层的硅基Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3电容器的结构与电学性能

通过射频磁控溅射法和脉冲激光沉积法,以Ti-Al为阻挡层,在(001)Si衬底上制备了La0.5Sr0.5CoO_3(LSCO)/Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3(NBT)/LSCO(LSCO/NBT/LSCO)异质结铁电电容器。研究了Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3铁电薄膜的结构和物理性能。结果表明:Ti-Al阻挡层为非晶结构,NBT薄膜结晶质量良好。在1 500 k V/cm驱动电场下,LSCO/NBT/LSCO电容器呈现饱和的电滞回线,具有较大的剩余极化强度(47.9μC/cm2)和较小的脉宽依赖性,而且抗疲劳特性和保持特性良好。此外,漏电机制研究表明:当外加电场小于400 k V/cm时,LSCO/NBT/LSCO电容器满足欧姆导电机制,在电场大于400 k V/cm时,满足空间电荷限流传导机制。     

剥离蒙脱石表面原位构建Bi_(2)O_(3)/Bi_(2)SiO_(5)异质结及其光催化活性EI北大核心CSCD

采用一步法,在剥离蒙脱石表面原位构建了Bi_(2)O_(3)/Bi_(2)SiO_(5)异质结,系统研究了其物相结构、微观形貌和光学特征。制备过程中,剥离蒙脱石除作为Bi_(2)O_(3)/Bi_(2)SiO_(5)异质结生长的骨架,还可以作为硅源得到Bi_(2)SiO_(5)。结果表明:与纯α-Bi_(2)O_(3)相比,在模拟太阳光的照射下,Bi_(2)O_(3)/Bi_(2)SiO_(5)异质结表现出对罗丹明B有优良降解性能,这主要是由于Bi_(2)O_(3)与Bi_(2)SiO_(5)之间形成的p-n结以及高的比表面积所引起的。此外,还提出了光催化反应机理。本工作提供了一种构建低成本污染物降解催化剂的新方法,拓展了蒙脱石的新应用。     

La/Nb掺杂对Bi_4Ti_3O_(12)薄膜铁电性能和疲劳特性的影响

采用溶胶–凝胶工艺(sol–gel)在Pt/Ti/SiO2/p-Si衬底上分别制备Bi4–xLaxTi3O12和Bi4Ti3–yNbyO12铁电薄膜,研究La/Nb掺杂对Bi4Ti3O12薄膜铁电性能和疲劳特性的影响。结果表明:La/Nb掺杂均能有效改善Bi4Ti3O12薄膜的铁电性能和疲劳特性。当La摩尔(下同)掺量在0.5～0.75时,La掺杂对Bi4Ti3O12薄膜的性能改善作用最好,而且在明显提高薄膜铁电性能的同时,对薄膜疲劳特性的改善更加显著,薄膜经1010极化反转后,其剩余极化强度(Pr)仅下降5.1%。Nb掺杂对提高薄膜铁电性能的作用更加明显,Nb掺量为0.06时,Bi4Ti3–yNbyO12薄膜的Pr高达18.7μC/cm2,但Nb掺量不宜过多,当Nb掺量超过0.06以后,薄膜的铁电性能和疲劳特性均反而有所下降。     

异质界面个数对PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3/Ba(Mg_(1/3)Ta_(2/3))O_3薄膜铁电性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3(PZT)薄膜前驱体溶液,采用水溶液凝胶法制备Ba(Mg_1/_3Ta_2/_3)O_3(BMT)薄膜前驱体溶液。研究了异质界面个数对PZT/BMT薄膜微观形貌、铁电性能的影响。在PZT/BMT薄膜中,PZT薄膜没有裂纹、结晶良好,界面个数的增加有利于PZT薄膜结构的致密。界面个数的增加可降低PZT/BMT薄膜剩余极化值和矫顽场。PZT/BMT薄膜在适当偏置电场下存在一个介电峰值,且正负偏置电场下的介电峰值不同,介电偏压特性曲线呈现不对称分布。采用二极管等效界面势垒和对薄膜电滞回线求导可有效解释介电偏压特性曲线不对称和介电峰值的差异。     

溶胶-凝胶法制备SrBi2Ta2O9(SBT)铁电薄膜的研究

以乙醇钽、醋酸锶和硝酸氧铋为原材料,乙二醇单甲醚为溶剂,可以获得稳定的SBT溶胶和凝胶.采用Pt/Ti/SiO2/Si基片,通过溶胶-凝胶法在800℃经快速热处理制备出钙钛矿相SBT薄膜.XRD结果分析表明,薄膜的择优取向为(115)和(008),其饱和极化强度和剩余极化强度分别为Ps=8.8μC/cm2,Pr=5.2μC/cm2.     

沉积温度对Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3铁电薄膜结构与性能的影响

利用脉冲激光沉积法和磁控溅射法在(001)SrTiO_3单晶基片上构架了铁电异质结电容器Pt/La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3/Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3/La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3/SrTiO3(LSCO/NBT/LSCO/STO)。利用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、铁电测试仪和压电力显微镜(PFM)研究了沉积温度对Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3(NBT)铁电薄膜的表面形貌、微结构和电学性能的影响。AFM结果表明,NBT薄膜晶粒尺寸随着沉积温度的增加先变小后增大。XRD结果显示,不同沉积温度下生长的NBT薄膜均为(00l)择优取向结构。铁电测试仪和PFM结果表明,NBT薄膜的铁电和压电性能随着沉积温度的增加先增大后减小,650℃生长的薄膜具有最高的剩余极化强度(19.6μC/cm2)和最大的有效压电系数(146 pm/V)。     

化学溶液法制备Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3-CoFe_2O_4复合薄膜及其电极

以硝酸镧和醋酸镍为原料,利用化学溶液法在硅基底上制备了具有良好导电性的LaNiO3(LNO)薄膜。以醋酸铅、硝酸氧锆、钛酸丁酯、硝酸铁、醋酸钴为原料,合成了Pb(Zr0.52Ti0.48)O3-CoFe2O4(PZT-CFO)溶液,并在LNO/Si薄膜上制备了PZT-CFO复合薄膜。通过X射线衍射、扫描电镜和电-磁测试研究了PZT-CFO复合薄膜的相结构、表面形貌、铁磁和铁电性能。结果表明:钙钛矿结构的PZT相和尖晶石结构的CFO相以纳米晶形式共存于PZT-CFO复合薄膜中,无其他杂相产生。750℃煅烧1h的PZT-CFO复合薄膜的剩余极化强度达6μC/cm2,剩余磁化强度可达20kA/m,表现出良好的铁磁、铁电双重特性。     

生长温度对单晶衬底上生长Ba(Zr_(0.2)Ti_(0.8))O_3薄膜微结构和介电性能的影响(英文)

采用脉冲激光沉积方法,在制备有LaNiO3(LNO)底电极的LaAlO3(LAO)衬底上,分别在500,600℃和700℃的沉积温度下制备了锆钛酸钡Ba(Zr0.2Ti0.8)O3(BZT)薄膜.通过X射线衍射表征薄膜的结构特性,原子力显微镜和扫描电子显微镜分别用来表征样品的表面和断面形貌.结果表明:BZT薄膜与LNO具有c轴取向,并以cube-on-cube方式排列生长.BZT薄膜表面致密无裂缝,具有柱状生长的晶粒.薄膜的介电性能测试显示:600℃下沉积的BZT薄膜具有较高的介电可调性(49.1%)和较低的介电损耗(2.5%).在600℃下沉积的BZT薄膜的优值因子(figure of merit,FOM)达到19.8.     

(1-x)Sr_2Bi_4Ti_5O_(18)-xBiFeO_3复合铁电薄膜的制备及性能研究

用溶胶-凝胶法结合层层退火工艺制备出(1-x)Sr_2Bi_4Ti_5O_(18)-xBiFeO_3(SBFTi-x,x=0.1-0.4)系列薄膜,对样品进行分析研究,发现随着BFO取代量x的增加,SBFTi-x复合薄膜的铁电性能逐渐提高。当BiFO_3(BFO)的取代量为0.3,测试电场为931 KV/cm时,剩余极化强度2Pr=23.4μC/cm~2,矫顽场2Ec=28.0 KV/cm,漏电流密度较小。对薄膜样品的漏电流曲线进行线性拟合,发现当测试电场强度低于230KV/cm时,曲线的拟合斜率ɑ都接近于1,说明薄膜内部的漏电流导电机制是以欧姆传导(ɑ≈1)为主,而测试场强高于230 KV/cm时,其导电机制为FN隧道效应。     

底电极原位退火与沉积温度对PZT薄膜性能影响研究

采用磁控溅射工艺,在Pt/Ti底电极上沉积锆钛酸铅(PZT)薄膜,研究了原位退火温度与底电极沉积温度对溅射PZT薄膜结晶取向、微观结构、介电性能、铁电性能及疲劳性能的影响。X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明,随着电极沉积温度升高,Pt晶粒尺寸增大,随着退火温度升高,PZT薄膜致密性变差。对室温制备的Pt/Ti底电极进行200 ℃原位退火30 min后,易于促进PZT薄膜沿(100)择优取向,而高温制备或经高温退火处理的Pt/Ti底电极更有利于PZT薄膜的(111)晶向生长。电学性能分析表明,室温制备的Pt/Ti底电极在经200 ℃原位退火30 min后,其PZT薄膜介电性能最优,同时展现较高的剩余极化强度和最小的矫顽场强,经历10⁸次极化翻转后,初始极化下降仅为11％。     

厚度对溶胶-凝胶法制备BaTi0.99Fe0.01O3薄膜的结构及电性能研究

采用溶胶-凝胶法制备在Pt/Ti/SiO₂/(100)Si基片上不同厚度的BaTi_0.99Fe_0.01O₃(BFTO)薄膜，研究了不同薄膜厚度对BFTO薄膜的晶体结构、介电和铁电性能的影响。在薄膜厚度低于370 nm时，BFTO薄膜呈现四方相结构，而随着厚度进一步增加，薄膜的四方性降低。随着厚度的增加，有利于提高薄膜的介电常数，而铁电性能逐渐降低。在厚度为370 nm时，薄膜具有良好的铁电性能和较低的漏电流，剩余极化P_r为12μC/cm²，漏电流密度为2.4×10^-6 A/cm²。     

溶胶-凝胶法制备掺钙钛酸锶铋铁电薄膜

利用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了CaxSr1-xBi4Ti4O15(CxS1-xBT,x=0～1)铁电薄膜.研究了不同Ca2取代量对薄膜的微观结构、取向生长、铁电性能以及介电性能的影响.结果表明:当Ca2 取代量为x=0.4时,C0.4S0.6BT铁电薄膜样品在一定程度上沿a轴择优取向;样品致密性较好,晶粒呈球型,且大小均匀,尺寸约为100nm.C0.4S0.6BT薄膜的剩余极化强度为8.37μC/cm2,矫顽场强为72kWcm;在1 Hz～1 MHz频率范围内,相对介电常数为234～219,介电损耗为0.009～0.073.