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。     

BaTiO3/SrTiO3超晶格的微结构研究

本实验研究利用激光分子束外延法（L－MBE）研究在SrTiO3(STO)(001)基片上生长的BaTiO3(BTO)/SrTiO3(STO)超晶格的微结构,利用小角X射线衍射光谱（SAXRD）的计算机模拟来获得BaTiO3/Sr-TiO3超晶格的微结构参数,如：总的膜厚度,超晶格周期,表面和界面的均方根粗糙度等。实验结果表明超晶格的表面和界面非常平整,均方根粗糙度大约为0.2nm,原子力显微镜（AFM）的实验研究已经证明了超晶格结构的平滑程度,超晶格的＜001＞方向存在着微弱的关联现象。     

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.     

微弧氧化法制备BaTiO3薄膜的微观结构分析

利用X射线衍射仪、透射电镜和能谱仪(EDS)等对采用微弧氧化技术在钛衬底上制备的钛酸钡铁电薄膜的微观结构进行了分析。结果表明,Ba(OH)2浓度为0.2 mol/L、电流密度为5A/cm2、电源频率为250 Hz、微弧氧化时间为30 min制备的薄膜以六方相、四方相的BaTiO3和非晶相为主;经过1200℃退火8 h后,薄膜中的BaTiO3以四方相为主,非晶相消失,但部分六方相仍然保留。     

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.     

高介电常数的栅极电介质LaAlO3薄膜的性能研究

在室温下,采用射频磁控溅射法在Si衬底上制备了具有高介电常数的LaAlO3薄膜,这是一种新的栅极电介质材料.在高纯O2中经过15min 650℃的高温退火后LaAlO3薄膜仍然不晶化,这种热稳定性有利于减小薄膜的漏电流.本工作研究了LaAlO3薄膜的介电性能,其电容等效氧化物厚度为2.33nm,在外加偏压士1V处的漏电流很低,分别为3.73mA/cm2(+1V处)和5.32×10-4mA/cm2(-1V处),两者相差四个数量级.此结果表明,Pt/LaAlO3/Si结构具有良好的单向导电性能.C-V曲线的滞后电压VH=0.09V,界面态密度的值约为8.35×1011cm-2.研究结果表明,在今后的半导体器件的甚大规模集成(ULSI)中,具有高介电常数的LaAlO3薄膜将会是一种极有希望的栅极电介质材料.     

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.     

YSZ/STO/YSZ-STO超晶格电解质薄膜低温电学特性

采用脉冲激光沉积法,在单侧抛光的STO基底上制备YSZ/STO/YSZ超晶格薄膜。利用X射线衍射、扫描电镜和射频阻抗/材料分析仪对多层膜的物相结构、表面形貌以及电学特性等进行表征。实验结果发现,YSZ/STO/YSZ超晶格薄膜在300~500℃之间,其电导活化能最小值为0.76 e V,在300℃时测得的电导率比体材料的电导率提高了三个数量级。     

W/Mo超晶格薄膜的微结构研究

纳米多层膜因常出现物理或力学性能的异常而成为薄膜研究的热点之一。采用ＸＲＤ和ＴＥＭ技术研究了Ｗ／Ｍｏ纳米多层膜微结构。结果表明,Ｗ和Ｍｏ由于同为体心立方结构,且晶格常数相近,由它们交互重叠形成的纳米多层膜具有柱状晶穿过调制界面外延生长的结构特征,形成多晶超晶格结构。     

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。     

BaTiO3铁电薄膜低温异质外延的生长模式研究

利用激光分子束外延异质外延 BaTiO3 薄膜。通过反射式高能电子衍射对薄膜生长进行原位监测,利用原子力显微镜分析薄膜表面形貌,发现在沉积速率为 0.016nm/s,激光功率为 6J/cm2 的条件下,当基片加热温度高于 480℃时,BaTiO3 薄膜以层状生长模式进行生长;而当温度在 430~480℃之间时,薄膜生长为SK模式,即层状加岛状的混合生长模式。进一步降低基片加热温度,在 430℃以下观察到了三维岛状生长模式。通过优化激光功率和沉积速率等工艺参数,得到了层状生长 BaTiO3 薄膜的最低结晶温度为330℃。根据实验结果分析了激光功率对薄膜生长温度的影响。同时结合 X 射线衍射分析在不同的生长条件下,研究温度对薄膜异质外延生长的影响,发现在较高的生长温度下,在 BaTiO3 薄膜生长过程中,位错产生的几率较小,薄膜的外延性好,而在较低的生长温度下,薄膜内部位错较多,异质外延性不佳。     

Interface Control of Ferroelectricity in an SrRuO3/BaTiO3/SrRuO3 Capacitor and its Critical Thickness

The atomic‐scale synthesis of artificial oxide heterostructures offers new opportunities to create novel states that do not occur in nature. The main challenge related to synthesizing these structures is obtaining atomically sharp interfaces with designed termination sequences. In this study, it is demonstrated that the oxygen pressure during growth plays an important role in controlling the interfacial terminations of SrRuO₃/BaTiO₃/SrRuO₃ (SRO/BTO/SRO) ferroelectric (FE) capacitors. The SRO/BTO/SRO heterostructures are grown by a pulsed laser deposition method. The top SRO/BTO interface, grown at high (around 150 mTorr), usually exhibits a mixture of RuO₂–BaO and SrO–TiO₂ terminations. By reducing , the authors obtain atomically sharp SRO/BTO top interfaces with uniform SrO–TiO₂ termination. Using capacitor devices with symmetric and uniform interfacial termination, it is demonstrated for the first time that the FE critical thickness can reach the theoretical limit of 3.5 unit cells.     

BaTiO3陶瓷粉体凝胶注模成型的研究

为了研究BaTiO3粉体的凝胶注模成型，以聚甲基丙稀酰胺(PMAA—NH4)为分散剂，通过球磨制备稳定分散的BaTiO3浆料．采用正交实验设计原则，讨论了有机单体、交联剂和引发剂的用量对浆料的固化时间、坯体强度和密度的影响，确定最佳加入量(质量分数)分别为4％，1．5％和0．02％．在1340℃下烧结得到的BaTiO3陶瓷的晶粒尺寸均匀，气孔较少，致密度高，具有良好的PTC特性。     

Y掺杂对BaTiO3系半导化薄膜PTCR特性的影响

介绍了Y掺杂对BaTiO3系半导化薄膜PTCR特性的影响。实现发现，当Y掺杂浓度在0.1mol%-1.5mol%时，薄膜的室温电阻为10－50Ω，突变温区为℃。在[Y^3 ]=0.7mol%时，薄膜的升阻比达10^6。实验结果表明：薄膜的转变温度、升阻比和室温电阻与Y掺杂浓度有关。     

掺杂稀土元素对BaTiO3系统介电性能的影响

研究了稀土氧化物Sm2O3及Gd2O3的掺杂对细晶BaTiO3系统介电性能的影响.稀土添加剂Sm2O3的掺杂可以形成化学均匀性系统,对居里峰有明显的改善作用;Gd2O3的掺杂可以形成化学非均匀性系统即壳-芯结构,这可以使细晶BaTiO3系统获得理想的介电性能,满足X7R特性.     

BaTiO3纳米粉/COPU IPNs复合体系的制备及力学性能研究

采用“同步法”制备了一系列室温固化型蓖麻油聚氨酯／聚甲基丙烯酸甲酯互穿聚合物网络，进而制得其梯次化涂层材料，通过原料分析、TMA的温度—形变检测及TEM对相间形貌和相容性的检测结果表明：所获为两相间相畴尺寸在纳米级范围的互穿聚合物网络体系，且随相间混容程度的增加，体系玻璃化转变温区的有效衔接也有所增强．IPNs及其BaTiO3复合体系的力学性能检测结果表明，随聚甲基丙烯酸甲酸含量的增加，IPNs体现出弹性体向脆性变化的形变规律，在此基础上，选择具有良好压电特性的钛酸钡纳米粉对此网络体系进行复合，确定了复合工艺并对其力学性能进行了检测．复合体系的力学性能随BaTiO3；复合量的增加而略有降低．