飞秒脉冲激光沉积Si基a轴择优取向的钛酸铋铁电薄膜及Ⅰ-Ⅴ特性研究

采用飞秒脉冲激光沉积系统,在Si(111)衬底上制备了a轴和c轴择优取向的Bi4Ti3O12薄膜.X射线衍射(XRD)表明室温(20℃)下沉积的Bi4Ti3O12/Si(111)薄膜呈c轴择优取向,晶粒的平均直径为20nm.在500℃沉积的Bi4Ti3O12/Si(111)薄膜呈a轴择优取向.测量了薄膜的电滞回线和Ⅰ-Ⅴ特性曲线,并用分布参数电路研究了Bi4Ti3O12薄膜的Ⅰ-Ⅴ特性曲线和铁电性的关联性.a轴择优取向Bi4Ti3O12薄膜的剩余极化强度Pr=15μC/cm2,矫顽力Ec=48kV/cm.     

飞秒脉冲激光沉积 Si基α轴择优取向的钛酸铋铁电薄膜及I-V特性研究

采用飞秒脉冲激光沉积系统，在Si（111）衬底上制备了α轴和c轴择优取向的Bi4Ti3O12薄膜．X射线衍射（XRD）表明；室温（20℃）下沉积的Bi4Ti3O12／Si（111）薄膜呈C轴择优取向，晶粒的平均直径为20nm．在500℃沉积的Bi4Ti3O12／Si（111）薄膜呈α轴择优取向．测量了薄膜的电滞回线和，I-V特性曲线，并用分布参数电路研究了Bi4Ti3O12薄膜的，I-V特性曲线和铁电性的关联性．α轴择优取向Bi4Ti3O12薄膜的剩余极化强度Pr=15μC／cm^2，矫顽力Ec=48kV／cm．     

MOD法制备的Bi3.25Nd0.75Ti3O12薄膜的铁电各向异性行为

采用金属有机分解法(MOD)在(111)Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备了含(117)成分的c轴择优取向和α轴择优取向的Bi3.25Nd0.75Ti3O12(BNT)薄膜．实验发现，BNT薄膜的品型结构主要依赖于预退火条件．电学性能测试表明，α轴择优取向的BNT薄膜具有高的剩余极化和矫顽场，较高的介电常数和介电损耗，以及较大的电容调谐率；而c轴择优取向的则相反．BNT薄膜具有同Bi4Ti3O12(BIT)薄膜相似的铁电各向异性行为．     

Ag/Bi4Ti3O12/p-Si异质结的制备及其C-V特性研究

为制备符合铁电存储器件要求的高质量铁电薄膜,采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)工艺,制备了Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜及MFS结构的Ag/Bi4Ti3O12/P-Si异质结,对Bi4Ti3O12薄膜的相结构特征及异质结的C-V特性进行了测试与分析.XRD图谱显示,Si基Bi4Ti3O12薄膜具有沿c-轴择优取向生长的趋势,而Ag/Bi4Ti3O12/p-Si异质结顺时针回滞的C-V特性曲线则表明,该异质结可实现电极化存储.此外,对该异质结C-V特性曲线的非对称及向负偏压方向偏移的产生原因也进行了分析.在此基础上,为提高铁电薄膜的铁电性能及改善其C-V特性提出了合理的结构设想.     

Bi4Ti3O12薄膜的取向生长及其电性能研究

采用Sol—Gel工艺，在快速退火的工艺条件下制备了Bi4Ti3O12铁电薄膜，研究了退火温度及时间、薄膜厚度对Bi4Ti3O12薄膜的取向生长行为及其铁电性能、漏电流的影响，探讨了Bi4Ti3O12薄膜取向生长的微观机制．结果表明：退火温度显著影响薄膜的C轴取向生长，其(00ι)品面的取向度F=(P—P0)／(1-P0)由550℃的0．081增加到850℃的0．827，退火时间对其(00ι)晶面的取向度也有较大影响；经750℃以上温度退火处理的Bi4Ti3O12薄膜呈高度c轴取向，对铁电性能有较明显的削弱作用；薄膜的漏电流密度随退火温度升高而增大，但薄膜的c轴取向生长有利于减缓漏电流密度的增长。     

退火温度对Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜微观结构影响研究

采用Sol-Gel工艺制备了Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜。研究了退火温度对Si基Bi4Ti3O12薄膜晶相结构、晶粒尺寸及薄膜表面形貌的影响。研究表明，退火温度低于450℃时Bi4Ti3O12薄膜为非晶状态，退火温度在550-850℃范围内均为多晶薄膜，而且随退火温度升高，Bi4Ti3O12薄膜更趋向于沿c轴取向的生长；而晶粒尺寸及薄膜粗糙度随退火温度升高而增大，但在较高温度下增长速度趋缓。     

退火温度对Pt／SrBi2Ta2O9／BiaTi3O12／p—Si异质结微观结构与性能的影响

采用sol-gel工艺制备了Pt／SrBi2Ta2O9／Bi4Ti3O12／p—Si异质结．研究了退火温度对异质结微观结构与生长行为、漏电流密度和C-V特性等的影响．研究表明：成膜温度较低时,SrBi2Ta2O9、Bi4Ti3O12均为多晶薄膜,但随退火温度升高,Bi4Ti3O12薄膜沿C轴择优生长的趋势增强;经不同退火温度处理的Pt／SrBi2Ta2O9／Bi4Ti3O12／p-Si异质结的C-V曲线均呈现顺时针非对称回滞特性,且回滞窗口随退火温度升高而增大,经700℃退火处理后异质结的最大回滞窗口达0．78V;在550～700℃范围内,Pt／SrBi2Ta2O9／Bi4Ti3O12／p—Si异质结的漏电流密度先是随退火温度升高缓慢下降,当退火温度超过650℃后漏电流密度明显增大,经650℃退火处理的异质结的漏电流密度可达2．54×10^-7A／cm^2的最低值．     

Bi4Ti3O12层状铁电薄膜的结构与性能研究

采用脉冲激光沉积法(pulsed laser deposition,PLD),通过改变气氛氧压、衬底温度等工艺参数,在商业化的Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上制备了Bi4Ti3O12(BIT)系列薄膜.利用X射线衍射(XRD)表征了薄膜的结构特征;并采用RT2000进行铁电性能参数的测量,以此研究了工艺参数对薄膜结构和铁电性能的影响规律.分析结果表明,调整工艺参数能有效改善BIT薄膜的a轴取向度:气氛氧压越大、衬底温度越高,则薄膜的a轴取向度越高,剩余极化值也就越大.通过上述试验结果得到,在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上制备BIT薄膜的优化条件为氧分压35Pa、衬底温度700℃.在此优化条件下制备的BIT薄膜为a轴择优取向,剩余极化值达到7μC/cm2.     

化学溶液沉积法制备的Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜的电学性能研究

采用化学溶液沉积工艺在电阻率为 6～ 9Ω·cm的n -Si(10 0 )衬底上生长Bi4Ti3O1 2 铁电多晶膜 ,研究了薄膜的电学性能 ,结果表明在 6 50℃下退火 1h得到的Bi4Ti3O1 2 薄膜具有良好的介电和铁电性能 ,其介电常数ε =12 9,剩余极化Pr=5.1μC/cm2 ,矫顽电场Ec=96kV/cm。     

掺杂Ti的纳米CrSi_2薄膜的制备

利用多靶磁控溅射设备交替沉积Cr、Ti和Si层,并通过随后的真空退火处理,制备了掺杂Ti的CrSi2薄膜。交替沉积薄膜500℃退火2h,薄膜中除含有(Cr,Ti)Si2相外,还有部分残留的沉积Si相和少量反应生成的CrSi相;退火时间增加,沉积Si相和CrSi相减少而(Cr,Ti)Si2相增多;500℃退火6h及以上时,薄膜中仅有(Cr,Ti)Si2相。测量薄膜X射线衍射峰半高宽,利用谢乐公式估算薄膜平均晶粒尺寸表明,退火时间从2h增加到8h,薄膜中(Cr,Ti)Si2相晶粒尺寸由68nm近似线性增加到81nm。退火获得的(Cr,Ti)Si2薄膜具有纳米结构和(111)面单一取向。随着掺杂Ti原子分数的增加,薄膜X射线衍射谱中(Cr,Ti)Si2(111)晶面衍射角逐渐向低角度方向移动,这反映(Cr,Ti)Si2相的晶格常数a和c逐渐增大。晶格常数的变化与掺杂Ti的原子分数近似呈线性关系,这是结构中半径较大的Ti原子替换半径较小的Cr原子所造成的。计算分析显示,单晶Si(100)上(Cr,Ti)Si2(111)晶面外延生长是它们的界面晶格畸变能较低的结果;Ti原子分数增加,(Cr,Ti)Si2薄膜的(111)晶面择优取向程度下降。     

激光脉冲沉积制备钛酸锶钡薄膜及其介电调协特性

在Pt（111）／Ti／SiO2／Si（100）衬底上,用脉冲激光沉积工艺制备出了高度a轴取向生长的（Ba0.65Sr0．35）TiO3（BsT）薄膜。薄膜为柱状生长的纳米晶粒,平均晶粒尺寸为50nm。在外加电场254kV／cm时,BST薄膜的相对介电常数与介电调谐率为810和76．3％。高的介电调谐率主要是BST薄膜具有高度a轴取向的柱状生长晶粒,因为来自沿平面c轴极化而产生的内部应力,在电场作用下,获得了高介电调谐率。     

硅基LiNbO3薄膜的微结构研究

利用透射电子显微镜及X射线衍射，研究脉冲激光沉积技术(PLD)在Si(001)衬底上生长LiNbO3薄膜的微结构．结果表明，在600℃的衬底温度、30Pa的氧分压条件下，在硅片表面5nm厚的非晶氧化层上生长的薄膜，为c轴择优取向的单相LiNbO3晶体，本文还讨论了获得c轴择优取向LiNbO3薄膜的生长机理．     

Sol-gel法制备LaNiO3/Bi4Ti3O12异质薄膜及性能研究

采用Sol-gel(溶胶-凝胶)法在Si衬底上制备LaNiO3/Bi4Ti3O12(LNO/BTO)叠层薄膜,并研究了不同退火温度下BTO薄膜的生长行为和铁电、介电性能.试验表明,与单晶Si直接作衬底制备的Bi4Ti3O12薄膜相比,引入过渡层LNO降低了Bi4Ti3O12薄膜与衬底的晶格失配度,减少了热应力和外应力,缓解了薄膜龟裂的现象,而且制备出的Ag/BTO/LNO/Si异质薄膜电容具有优良的介电性质.     

电极对PZT铁电薄膜的微观结构和电性能的影响

采用溶胶—凝胶(sol—gel)工艺分别在Pt／Ti／SiO2／Si和LNO／Si电极上制备Pb(Zr0．53，Ti0．47)O3(PZT)铁电薄膜。研究了不同电极材料对PZT铁电薄膜的微结构及电性能的影响。(100)择优取向的PZT／LNO薄膜的介电性能和铁电性能较(111)／(100)取向的PZT／Pt薄膜略有下降，但在抗疲劳特性和漏电流特性方面都有了很大提高。PZT／LNO薄膜10m次极化反转后剩余极化几乎保持未变，直至10^12次反转后，剩余极化仅下降了17％。     

ZnO陶瓷靶制备及其薄膜 RF溅射工艺研究

利用固相反应制备了直径为70mm,厚度为10-15mm高质量掺杂Li2CO2的ZnO陶瓷靶材,实验了不同摩尔浓度的Li+掺杂对靶材性能的影响,确定了最佳Li+掺杂量为2．2mol％,同时通过在不同温度烧结实验、不同成型压力实验确定了ZnO靶材制备的最佳工艺,并采用所制备的ZnO-Li2.2％陶瓷靶和RF(射频磁控)技术在Si(100)、玻璃(载玻片)、及Pt(111)／Ti／SiO2／Si(100)基片上制备出高度c轴(002)择优取向的ZnO薄膜,其绝缘电阻率ρ为4．12×108Ω·cm,达到了声表面波器件(SAW)的使用要求．     

脉冲激光沉积法在Si(111)衬底上生长高c轴取向LiNbO3薄膜

在氧压20Pa,衬底温度600℃,靶材与衬底距离4cm的最优化条件下,利用脉冲激光沉积(PLD)技术首次在无诱导电压和任何缓冲层的情况下,在单晶Si(111)衬底上生长具有优良结晶品质和高c轴取向的LiNbO3晶体薄膜.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对LiNbO3薄膜的结晶品质,择优取向性以及表面形貌进行了系统的分析.结果表明生长出了具有优异晶体质量的c轴取向LiNbO3薄膜,表面光滑平整且无裂纹产生,表面粗糙度约4.8nm,有利于硅基光电子器件的制备和利用.     

气压对射频磁控溅射Bi4Ti3O12薄膜的影响

在不同溅射气压下,采用射频磁控溅射技术在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了钛酸铋（Bi4Ti3O12）薄膜。在较低的气压（0.45-0.8Pa）下,得到了单相的Bi4Ti3O12薄膜;在较高气压（1.0-1.8Pa）下,薄膜中出现Bi2Ti2O7焦绿石相;随着气压的增加,薄膜的沉积速率和晶粒尺寸先增大后减小,表面粗糙度也逐渐增加;在适宜的气压（0.6Pa）下,得到的Bi4Ti3O12薄膜物相单一、表面平整致密、结晶良好。     

Sol-Gel工艺Si基Bi4 Ti3 O12铁电薄膜制备与晶相结构研究

采用Sol-Gel工艺制备了Si基Bi4TiO12铁电薄膜.研究了退火温度、退火时间、薄膜厚度等对薄膜晶相结构的影响.研究表明,退火温度对Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜晶相结构的影响最为显著,而且随退火温度升高,Bi4Ti3O12薄膜更趋向于沿c-轴取向的生长;退火时间在30分钟内对薄膜晶相结构的影响比较明显;薄膜厚度及30分钟以上的退火处理对薄膜晶相结构的影响不大.     

LaNiO3缓冲层对Pb(Zr,Ti)O3铁电薄膜的影响

采用化学溶液法在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备了PbZr0．4Ti0.6O3／LaNiO3(PZT／LNO)多层薄膜。X射线衍射测量表明LNO缓冲层的引入使PZT薄膜(111)择优取向度减小,(100)取向增加。原子力显微镜测量表明引入LNO缓冲层使得PZT薄膜表面更加平整、致密。在LNO缓冲层上制备的PZT薄膜具有优良的铁电特性和介电特性：LNO缓冲层厚度为40nm时,500kV／cm的外加电．场下。剩余极化(Pr)为37．6μC／cm^2,矫顽电场(Ec)为65kV／cm;100kHz时,介电常数达到822,并且发现LNO缓冲层的厚度为40nm,PZT的铁电、介电特性改进最为显著。     

TiO2种子层对Bi 3.15 Nd 0.85 Ti 3 O 12铁电薄膜的结晶取向和铁电性能的影响

用sol—gel法分别制备了直接沉积在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上和加入了TiO2种子层的Bi3．15Nd0．85Ti3O12（BNT）铁电薄膜，研究了种子层对BNT薄膜结构和电学性能的影响．XRD结果表明直接沉积在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上的BNT薄膜具有（117）和（001）的混合取向，而加入TiO2种子层之后薄膜的最强峰为（200）取向；FE-SEM显示具有TiO2种子层的BNT薄膜，其表面主要是由具有非C轴取向的晶粒组成且更为致密；直接沉积的BNT薄膜和具有TiO2种子层的BNT薄膜的剩余极化Pr值分别为26和43．6μC／cm^2，矫顽场强＆分别为91和80．5kV／cm；疲劳测试表明两种薄膜均具有良好的抗疲劳特性，TiO2种子层的引入并没有降低BNT薄膜的疲劳特性；两种薄膜的漏电流密度均在10^-6-10^-5A／cm^2之间．