LaAlO3/BaTiO3超晶格薄膜界面结构分析

通过研究发现,利用激光分子束外延技术生长的LaAlO3/BaTiO3超晶格薄膜具有良好的电学性能,其剩余极化可达到25μc/cm2.性能决定于结构,因此本文分析研究了LaAlO3/BaTiO3超晶格薄膜的界面结构.首先通过高能电子衍射技术在薄膜生长过程中对各层的生长及界面状况进行观测,再通过小角X射线衍射曲线及其计算机拟合曲线进一步确定超晶格薄膜的界面及结构参数,如界面的粗糙度、单层厚度等.通过研究发现,由于晶格之间的差异,LaAlO3/BaTiO3超晶格薄膜中LaAlO3和BaTiO3层的生长过程及微结构存在着一定的差异.     

LaAlO3/BaTiO3/SrTiO3三色超晶格的RHEED原位监测

采用激光脉冲分子束外延技术，在（100）取向的STO单晶基片上成功外延生长了LaAlO3／BaTiO3／SrTiO3超晶格。在超晶格薄膜生长过程中采用反射高能电子衍射（RHEED）对LaAlO3／BaTiO3／SrTiO3超晶格的生长过程进行了分析。通过对超晶格中各层RHEED图像分析，发现由于各层面内晶格失配的不同，超晶格各层生长特性有所区别。借助原子力显微镜（AFM）对超晶格表面形貌进行了表征，表明制备的超晶格具有原子级平整的表面。     

LaAlO3顶层结构对LaAlO3-BaTiO3铁电超晶格薄膜性能的影响

X射线衍射技术分析发现,通过生长一层较厚的LaAlO3顶层结构,可以把LaAlO3-BaTiO3超晶格中界面处的应变有效地控制在薄膜中,从而增加超晶格薄膜的平均面外晶格常数c.电学性能测试证明LaAlO3顶层结构的存在极大地改善了超晶格薄膜的电学性能,使其剩余极化强度增加了40多倍.     

BaTiO3/CoFe2O4/BaTiO3复合磁电薄膜生长及应力研究

用激光分子束外延（LMBE）设备,在SrTiO3（001）基片上外延生长BaTiO3/CoFe2O4/BaTiO3多层复合磁电薄膜结构。通过反射式高能电子衍射（RHEED）对薄膜生长过程进行原位监测,结果显示,随着CoFe2O4厚度的增加薄膜内应力逐渐被释放,并且应力释放的过程导致了薄膜生长模式的变化。高分辨X射线衍射（XRD）发现,随着CoFe2O4厚度的增加,CoFe2O4对BaTiO3薄膜的张应力逐渐增大,BaTiO3晶胞的c轴晶格常数逐渐变小。理论计算给出了BaTiO3面外晶格常数c随CoFe2O4沉积时间的变化规律。原子力显微镜（AFM）对表面形貌进行表征,进一步证明了复合薄膜生长模式的变化。     

外延薄膜生长的实时监测分析研究

利用反射式高能电子衍射(RHEED)在超高真空中对SrTiO3(100)、LaAlO3(100)、Si(100)单晶基片进行分析,讨论了衍射花样与晶体表面结构的对应关系,计算出表面的晶体学参数,同时采用激光分子束外延技术同质外延生长SrTiO3薄膜，根据RHEED衍射图样及强度振荡曲线实时监控薄膜的生长。     

激光分子束外延BaTiO3/SrTiO3超晶格的晶格应变研究

采用脉冲激光分子束外延(PLMBE)方法,通过优化的工艺参数,在SrTiO3(100)单晶基片上外延结构为(8/8)的BaTiO3/SrTiO3超晶格薄膜.综合利用反射式高能电子衍射系统(RHEED)、高分辨率X射线衍射(HRXRD)以及高分辨率透射电镜选区电子衍射(SAED)技术,研究超晶格薄膜的晶格应变现象和规律.研究结果表明,在制备的BaTiO3/SrTiO3超晶格薄膜中,BaTiO3晶胞面外晶格增大,面内晶格减小;而SrTiO3晶胞面内及面外方向晶格都被拉伸,但面外晶格拉伸程度较大,SrTiO3晶胞产生了与BaTiO3晶胞方向一致的四方相转变.     

钙钛矿型氧化物SrTiO3/BaTiO3多层膜的激光分子束外延生长研究

用激光分子束外延技术在SrTiO3(001)衬底上外延生长SrTiO3/BaTiO3多层膜,通过反射式高能电子衍射(RHEED)原位实时监测并结合原子力显微镜(AFM),研究了不同基片温度下所生长薄膜的表面平整度,利用X射线衍射(XRD)对外延薄膜进行了结构分析,结果表明薄膜具有二维生长模式,在基片温度为380～470℃之间生长的薄膜具有原子级光滑,并且具有完全C轴取向.同时运用X射线光电子能谱(XPS)研究了薄膜界面的互扩散,结果表明降低制备薄膜时的基片温度有利于减少互扩散.     

Ge/Si超导型和Ge_xSi_(1-x)/Si合金型超晶格的分子束外延生长和特性研究

用分子束外延(MBE)技术生长了Ge/Si超薄型超晶格和Ge_xSi_(1-x)/Si合金型超晶格。用RHEED强度振荡技术生长出了非常陡峭和平整的Si/Ge异质结界面。在Si(001)上生长的一个单原子层Ge和一个单原子层Si的多层结构是可以得到的最薄的超晶格。合金型超晶格的厚度可满足器件制造的要求并避免了失配位错的产生。用XTEM、RBS及X射线衍射对外延晶体质量作了签定,用Raman谱和电调制反射谱对超晶格的光学特性进行了研究。     

3C-SiC/Si(111)的掠入射X射线衍射研究

在衬底温度为1000℃条件下, 利用固源分子束外延(SSMBE)技术在Si衬底上生长3C-SiC单晶薄膜. RHEED结果显示在Si(111)上所生长的SiC薄膜为3C-SiC, 并与衬底的取向基本一致. 采用同步辐射掠入射X射线衍射(GID)技术并结合常规X射线衍射(XRD)研究了SiC薄膜内的应变和晶体质量. 常规衍射的联动扫描曲线得到薄膜处于双轴张应变状态. 3C-SiC薄膜和Si衬底的晶格失配和热膨胀系数失配是导致双轴张应变的原因. 根据不同角度的掠入射衍射Phi扫描的摇摆曲线结果, 发现薄膜晶体质量在远离SiC/Si界面区变好. 这是由于SiC薄膜中的缺陷随着远离界面逐渐减少的原因. GID和XRD的摇摆曲线结果表明薄膜中镶嵌块的倾斜大于扭转, 表明SiC薄膜在面内的晶格排列要比垂直方向更加有序.     

激光分子束外延SrTiO3薄膜退火过程中表面扩散的研究

用激光分子束外延研究了SrTiO3同质外延时原位退火中,反射高能电子衍射(RHEED)强度的恢复--驰豫时间,导出了高真空下表面扩散的活化能为0.31 eV,与低真空下的结果相比要小许多,这反映了粒子达到基片时的能量差.对沉积不同厚度的薄膜退火研究,表明当薄膜厚度增加时,表面恢复情况减弱,而导致随后的沉积时RHEED振荡周期的改变.     

KH550硅烷偶联剂对复合材料结构和介电性能影响

采用KH550硅烷偶联剂对BaTiO3粉体进行了表面处理,用溶液混合法及热压工艺制备了BaTiO3/PVDF复合材料.通过扫描电子显微镜对复合材料形貌的分析发现偶联剂的用量对复合材料形态影响较大; 用傅立叶变换红外光谱仪和X射线衍射分析了偶联剂用量对BaTiO3/PVDF复合材料微观结构影响; 通过阻抗分析仪研究了复合材料的介电性能, 发现偶联剂用量对复合材料介电性能影响很大,当偶联剂用量在1%(质量分数)时,BaTiO3体积分数为40%的复合材料介电常数高达51.     

BaTiO3铁电薄膜的光致发光研究

以分析纯的乙酸钡和钛酸正四丁酯为前躯体溶液,冰乙酸为溶剂,乙酰丙酮为稳定剂,采用溶胶-凝胶法在硅基上制备了钛酸钡(BaTiO3)铁电薄膜.研究了BaTiO3铁电薄膜的光致发光性能.结果表明,室温下非晶态的BaTiO3铁电薄膜在蓝光激发下具有很强的光致发光现象.其中,经8h 673K退火处理的非晶BaTiO3铁电薄膜的光致发光性能最佳,当455nm光激发时,非晶薄膜在540～660nm内发出强烈的黄光,峰值波长为580～610nm,峰宽约30nm,发光强度随薄膜的厚度增加而增强.晶态BaTiO3铁电薄膜无任何发光现象.     

超细BaTiO_3和掺钇半导BaTiO_3陶瓷的溶胶－凝胶法制备及其表征

采用溶胶－凝胶法制备了平均粒径小于３０ｎｍ的超细ＢａＴｉＯ＿３和未见文献报道的掺钇超细ＢａＴｉＯ＿３．并用Ｘ－ｒａｙ粉末衍射分析和化学分析对它们进行了表征;用ＴＧ－ＤＴＧ－ＤＴＡ和ＩＲ对＂ＢａＴｉＯ＿３＂干凝胶的热分解历程进行了研究;用一般陶瓷工艺制得了掺钇半导铁酸钡陶瓷并对其室温电阻率与钇含量以及烧结温度的关系进行了讨论。     

原料颗粒度对BaTiO_3陶瓷晶粒大小及PTC效应的影响

通过研究原料颗粒度对 BaTiO_3 PTC 陶瓷晶粒大小的影响,提出并讨论了 BaCO_3和 TiO_2的固相反应模型。在生成 BaTiO_3的固相反应中,首先在 BaCO_3和 TiO_2颗粒之间生成少量 BaTiO_(?),隔离了 BaCO_(?)和 TiO_2的接触,从而阻止反应进行,但离子的扩散可使反应继续进行。在扩散过程中,Ba~(2+)的扩散为主,Ti~(4+)的扩散被抑制而可忽略。根据模型,生成的 BaTiO_3颗粒大小主要由 TiO_2原料的颗粒度决定,与 BaCO_3关系较小。所以 BaTiO_3陶瓷的晶粒大小及其 PTC 效应受 BaCO_3颗粒度的影响较小;在生产中为控制陶瓷晶粒大小,选择 TiO_2原料颗粒度是十分重要的,而 BaCO_3则次之。     

直流磁控溅射BaTiO3系PTCR元件电极及其性能对比的研究

目前在钛酸钡系PTC热敏电阻器的生产过程中,广泛采用烧渗铝、化学镀镍等电极制备方法,但所制备的电极湿热老化及附着力不尽人意.本文采用直流磁控溅射法制备了的PTCR元件的底电极,实现了镍与PTCR瓷片间的欧姆接触,并发现利用溅射法工艺制备了Ni电极的元件电极附着力(垂直拉力＞3kg,剪切拉力＞0.5kg)及耐湿热老化性能均得到提高,而且溅射工艺的高成本也得到控制,在生产上实现了批量应用(日产量可达3万片).     

Y和YF3掺杂钛酸钡系PTCR材料的结构及性能

在不同烧结气氛下制备了Ｙ和ＹＦ_３掺杂钛酸钡材料,借助于ＸＲＤ、ＳＥＭ、ＸＲＦ和阻温测试分析仪,研究了烧结气氛对Ｙ和ＹＦ_３掺杂钛酸钡材料结构和性能的影响．研究结果表明,低氧分压气氛可促进Ｙ和ＹＦ_３掺杂钛酸钡材料的烧结,晶粒长大,而且这二种掺杂钛酸钡材料都是ｎ型半导体．经过氩气气氛烧结的Ｙ掺杂钛酸钡材料ＰＴＣＲ效应较弱;而对在氩气气氛中烧结的０．３ｍｏｌ％ＹＦ_３掺杂钛酸钡材料却观察到了较好的ＰＴＣＲ效应,这种效应的产生可能与Ｆ元素取代Ｏ位而导致材料的价控半导有关．     

熔融盐法制备BaTiO_3粉体及Rietveld全谱拟合物相表征

通过熔融盐法以BaC2O4、TiO2为前驱体,NaCl为熔盐制备了BaTiO3粉体。SEM分析所得样品为立方状颗粒,粒径为50～300nm。采用Rietveld全谱拟合法对其物相组成进行了分析,并通过变温XRD对BaTiO3相变进行了表征。Rietveld全谱拟合结果表明,该方法制备的BaTiO3粉体在室温下是一种四方、立方混合相,质量分数分别为73.9%、26.1%。精修结果的数值判据分别为:加权剩余方差因子Rwp=5.93%、剩余方差因子Rp=4.78%、拟合优值S(Goodnessoffit)=1.53。变温XRD研究表明所制备的BaTiO3粉体具有四方到立方相的相变。     

BaTiO3基材料PTCR理论进展

着重介绍了ＰＴＣＲＢａＴｉＯ３材料中的界面析出模型。界面析出模型能比例满意的解释ＢａＴｉＯ３材料中的ＰＴＣＲ效应，但是它是对以往模型的继承和发展。为了更深刻地理解界面析出模型，本文用了分析对比的方法，对各种模型进行了比较。