Pb(Hf_(0.3)Ti_(0.7))O_3铁电薄膜的制备与性能研究

采用脉冲激光沉积方法在不同温度下生长Pb(Hf0.3Ti0.7)O3(PHT)铁电薄膜,利用各种表征手段测试并分析薄膜的微观结构和电性能。研究表明,生长温度为400℃沉积的PHT薄膜具有良好的(111)择优取向;PHT薄膜矫顽场(2Ec)为390 kV/cm,剩余极化强度(2Pr)为53.1μC/cm2,经1.5×109次翻转后剩余极化强度保持85%;PHT薄膜绝缘性能良好,相对介电常数约为540。PHT薄膜有望应用于铁电随机存储器。     

(Bi_(0.8)La_(0.2)FeO_3)_(0.8)-(NiFe_2O_4)_(0.2)材料的合成及薄膜多铁性能

研究了Bi0.8La0.2FeO3单相陶瓷的合成,并采用脉冲激光沉积法,在SrTiO3(100)(STO)基底上,以La0.7Sr0.3MnO3(LSMO)为缓冲层,制备了(Bi0.8La0.2FeO3)0.8-(NiFe2O4)0.2(BLFO-NFO)多铁薄膜。通过X射线衍射仪和场发射扫描电子显微镜确定了BLFO-NFO多铁薄膜的显微结构,通过标准铁电测试系统(RT-66A)和振动样品磁强计(VSM)分别测试了BLFO-NFO多铁薄膜的铁电性能和铁磁性能。研究发现:BLFO-NFO多铁薄膜沿(100)方向外延生长,晶粒为70nm,它具有明显的电滞回线和磁滞回线。     

脉冲激光沉积制备外延Ni_(0.8)Zn_(0.2)Fe_2O_4薄膜的应变与磁性能研究

用脉冲激光沉积设备,分别在SrTiO3(001)(STO)和MgO(001)基片上外延生长了单层Ni0.8Zn0.2Fe2O4(NZF)薄膜。经X射线衍射分析,在STO和MgO基片上制备的NZF薄膜均为单一c取向的外延薄膜,由PHI扫描可知薄膜均为四重对称结构。由NZF薄膜的倒易空间图可以计算得到在STO和MgO基片上应变分别为0.0704和-0.0124。分别对不同基片上的NZF薄膜进行磁强计测量可得,在STO基片上沉积的NZF薄膜的面内和面外饱和磁化强度分别为269.6和224.78 emu/cm3,面内和面外的矫顽场分别为2.68×104和4.78×104A/m,在MgO基片上沉积的NZF薄膜的面内和面外饱和磁化强度分别为219.11和180.75 emu/cm3,面内和面外的矫顽场分别为3.46×104和5.32×104A/m。     

Al掺杂浓度对Hf0.5 Zr0.5 O2薄膜铁电性能的影响

采用脉冲激光沉积法(Pulsed laser deposition,PLD)在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备TiN/Al掺杂Hf0.5 Zr0.5 O2/TiN的MIM(金属-绝缘体-金属)结构薄膜电容器.对Al掺杂浓度为0％ ～4％(摩尔分数)的Al:Hf0.5 Zr0.5 O2薄膜的微观结构以及电学性能进行了研究,在此基础上,还研究了退火温度对Al:Hf0.5 Zr0.5 O2薄膜的影响.测试结果表明,随着Al掺杂浓度的增大和退火温度的降低,四方相更加稳定,电滞回线更加细窄,剩余极化强度减小.退火温度为500℃时,掺杂浓度为1.03％(摩尔分数)的Al:Hf0.5 Zr0.5 O2薄膜中将诱导出类似反铁电薄膜具有的双电滞回线特性,储能密度更高.分析结果表明,这些变化均是由于Al:Hf0.5 Zr0.5 O2薄膜内四方相与正交相之间发生的场致可逆相变以及氧空位的再分布.     

脉冲激光沉积SrBi2Ta2O9铁电薄膜电容特性研究

用ＰＬＤ方法成功地制备了ＳＢＴ铁电薄膜，并制作成Ｐｔ／ＳＢＴ／Ｐｔ薄膜电容器。ＳＢＴ薄膜的晶面取向以（００８）和（１１５）为主。在５Ｖ电压下，极化反转，并且得到较饱和的电滞回线，剩余极化强度和矫顽电场分别为８４μＣ／ｃｍ２和５７ｋｖ／ｃｍ。ＩＶ特性测试显示两个对称的双稳峰，并得到零电压下，面积为３１４×１０４μｍ２，厚度为０３５μｍ的电容器，电容约为５６０ｐＦ，介电常数约为６００。疲劳测试表明Ｐｔ／ＳＢＴ／Ｐｔ具有优良的抗疲劳特性。     

铁掺杂0.2PZN-0.8PZT铁电陶瓷Raman散射研究

采用Raman散射方法研究了铁掺杂Pb（Zn1／3Nb2／3）0．2（Zr0．5Ti0．5）0．8O3（0．2PZN0．8PZT）铁电陶瓷中三方-四方共存现象．通过分析四方相E（3TO）和A1（3TO）模式与三方相R1模式之间的相对强度，以及四方相E（3LO）和A1（3LO）模式与三方相Rh模式之间的相对强度，确定了铁掺杂对0．2PZN-0．8PZT陶瓷中三方-四方共存结构的影响，并得到了XRD相分析的验证．因此，通过分解Raman散射中三方-四方振动模式，可以表征掺杂对PZT基陶瓷中三方-四方共存现象的变化趋势．     

(Pb,La)TiO3铁电薄膜微结构与制备工艺研究

采用射频磁控溅射技术在室温淀积、其后在700℃下退火10min,制备了（Pb,La）TiO3（简记为PLT）铁电薄膜。利用XRD研究了薄膜的结晶性;利用XPS研究了薄膜表面的化学成分、组分以及表面原子的化学价态;利用SEM研究了薄膜的断面。薄膜结构分析结果表明,在一定的制备工艺条件下,薄膜制备时间的长短对薄膜结晶性能的影响不大;XPS波谱分析表明,所测得的元素有Pb、La、Ti、O和C,其中C元素是薄膜在制备或测试过程中的污染,薄膜中没有其它杂质元素;由断面的SEM分析可知,在本论文采用的制备工艺条件下,薄膜与基底之间基本上没有互扩散,薄膜与基底的界面比较清楚。     

ZrW_(1.5)Mo_(0.5)O_8薄膜的制备及其负热膨胀性能研究

以脉冲激光沉积法沉积制备了立方相负热膨胀ZrW1.5Mo0.5O8薄膜并利用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜对其结构组分、表面形貌和厚度进行表征。采用变温XRD分析了ZrW1.5Mo0.5O8靶材和薄膜的负热膨胀特性。实验结果表明:在1080℃烧结6h制备得的立方相ZrW1.5Mo0.5O8陶瓷靶材,靶材具有较高的纯度和良好的负热膨胀性能,Mo离子掺入后,其α到β相转变温度降低,在30~600℃温度区间内,ZrW1.5Mo0.5O8陶瓷靶材的负热膨胀系数为-7.13×10-6K-1。利用该靶材在500℃时脉冲激光沉积的ZrW1.5Mo0.5O8薄膜为非晶态,薄膜表面平滑致密,厚度约为835nm;非晶膜在1180℃热处理7min后淬火得到立方相ZrW1.5Mo0.5O8薄膜;结晶后的ZrW1.5Mo0.5O8薄膜为多晶膜。在室温到600℃区间内,立方相ZrW1.5Mo0.5O8薄膜的热膨胀系数为-7.7×10-6K-1,α-ZrW1.5Mo0.5O8到β-ZrW1.5Mo0.5O8的相转变温度降至100℃以下。     

退火温度对CuGa_(0.8)Ge_(0.2)Se_2薄膜结构及光学特性的影响

采用脉冲激光沉积法在SiO2衬底上制备了CuGa0.8Ge0.2Se2薄膜。采用X射线衍射和X射线能谱仪研究了退火温度对薄膜晶体结构和成分的影响,利用扫描电子显微镜表征了薄膜的表面形貌,采用紫外—可见分光光度计分析了薄膜的光学特性。结果表明,在CuGaSe2中掺杂Ⅳ族元素Ge,光子吸收能量分别为0.65和0.92 e V,禁带宽度为1.57 e V,能够形成中间带。并随着退火温度的升高,CuGa0.8Ge0.2Se2薄膜的光学带隙逐渐减小。     

Pb（Zr_（0．52）Ti_（0．48））O_3铁电薄膜的脉冲准分子激光沉积

用ＡｒＦ脉冲准分子激光在ＳＯＩ和Ｐｔ／ＳＯＩ衬底上沉积了Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ＿３铁电薄膜，并用快速退火进行热处理。ｘ射线衍射、卢瑟辐背散射等分析表明：所结晶的薄膜是以（１００）和（１１０）为主要取向的多晶膜，且结晶情况与热处理温度和时间密切相关；ＰＺＴ薄膜呈现铁电性，其剩余极化Ｐｒ＝１５μｃ／ｃｍ￣２，矫顽电场Ｅｃ＝５０ｋＶ／ｃｍ；并且具有较高的介电常数和较高的电阻率。     

富Pb的PZT铁电薄膜电性能异常

采用金属有机物热分解法制备了不同Ｐｂ过量的锆钛酸铅（ＰＺＴ）铁电薄膜。观测到Ｐｂ过量ＰＺＴ薄膜电滞回线束腰与Ｃ－Ｖ曲线四峰的异常现象,其异常程度随时间回剧。这是薄膜样品有界晶和界面上的ＰｂＯ２相所诱导的陷阱电荷对电畴产生钉扎的结果。陷阱电荷对电畴的钉轧程度与陷阱电荷的密度以及陷阱电荷与电畴的作用状况有关,通过改变晶界处的陷阱电荷的密度与分布可改变薄膜电性能的异常程度。     

STO/YBCO薄膜的制备及介电性能研究

采用脉冲激光沉积技术,在(100)LaAlO3单晶基片上生长SrTiO3/Y1Ba2Cu3O7-x(STO/YBCO)多层薄膜。XRD分析表明:YBCO薄膜和STO薄膜均为C轴取向,STO(002)/YBCO(006)衍射峰摇摆曲线半高宽为0.73°。AFM分析表明,STO/YBCO多层薄膜表面平整、均匀,在77K,100kHz的测试条件下,STO薄膜介电损耗tgδ<10-2,在53.6kV/cm电场作用下,介电常数的相对变化为38%。     

金属有机化学气相沉积制备铁电薄膜材料研究进展

铁电薄膜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.金属有机化学气相沉积(MOCVD)是制备铁电薄膜的一种重要方法.综述了金属有机化学气相沉积法制备铁电薄膜的历史、原理、工艺参数、特点和采用此方法制备出的某些材料的铁电性能.     

用于永久性存贮器Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3薄膜的特性

用磁控射频溅射方法制备了Pb（Zr0．52Ti0.48）O3薄膜。研究了制膜工艺对Pb（Zr0．52Ti0．48）O3薄膜相、结晶性和铁电特性的影响。实验表明，所制备的薄膜表面致密、光滑。此Pb（Zr0.52Ti0.48）O3薄膜以钙钛矿结构为主，并具有较高的剩余极化、饱和极化和较小的矫顽场。从实验结果分析得，通过控制工艺条件所制得的单相钙钛矿型的Pb（Zr0.52Ti0.48）O3薄膜的铁电特性得到很大提高。并制备出用于永久性存贮器的优质Pb（Zr0.52Ti0.48）O3薄膜。     

新型脉冲激光能量计用无铅(Na_(1-x)K_x)_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3铁电薄膜的制备及其激光感生热电电压信号的研究

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,分别在LaA lO3(LAO)、(La,Sr)(A l,Ta)O3(LAST)及SrTiO3(STO)三种不同的单晶衬底上制备了一系列无铅(Na1-xKx)0.5B i0.5TiO3(x=0.00,0.08,0.19,0.30,NKBT)铁电薄膜材料。利用X射线衍射(XRD)仪对薄膜结构进行了分析,结果表明在单晶平衬底上生长的薄膜都是单取向生长的外延膜,其中摇摆曲线的半高宽(FWHM)显示在(La,Sr)(A l,Ta)O3单晶衬底上生长的薄膜结晶质量最好。另外,在20°倾斜的(La,Sr)(A l,Ta)O3单晶衬底上生长的(Na1-xKx)0.5B i0.5TiO3铁电薄膜中还首次观察到了激光感生热电电压(LITV)信号。发现在能量为0.48mJ/pulse的紫外脉冲激光辐照下,其最大激光感生热电电压为31mV,完全满足了制作脉冲激光能量计探测元件的要求,有望开发出可集成的新型脉冲激光能量计。     

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．     

脉冲激光沉积(La0.2Bi0.8FeO3)0.8-(NiFe2O4)0.2薄膜及其多铁性能研究

采用脉冲激光沉积法, 在(100)SrTiO₃基底上, 制备了(La_0.2Bi_0.8FeO₃)_0.8-(NiFe₂O₄) _0.2(LBFO-NFO)多铁薄膜, 通过X射线衍射仪和场发射扫描电子显微镜确定了LBFO-NFO多铁薄膜的显微结构, 通过标准铁电测试系统(RT-66A)和振动样品磁强计(VSM)分别测试了LBFO-NFO多铁薄膜的铁电性能和铁磁性能. 研究发现: 多铁薄膜中LBFO和NFO二相均沿(100)方向外延生长, 晶粒尺寸在100～150nm之间; 薄膜具有明显的电滞回线(P_s=7.6μC/cm²)和磁滞回线(M_s=4.12×10⁴A/m), 显示出明显的铁电铁磁共存特性. 通过对薄膜生长条件的控制, 可削除杂质相, 减小LBFO-NFO薄膜的漏电流, 提高铁电及铁磁性能.     

LiTa308薄膜制备与电性能研究

以乙醇锂和乙醇钽为起始反应物,用溶胶一凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了新型钽酸锂LiTa3O8铁电薄膜.经XRD图谱对比,该薄膜结构不同于LiTaO3晶体结构,与正交相结构类似. SEM分析显示经过750℃结晶退火的LiTa3O8薄膜表面均匀平整无裂纹,膜厚约为1μm.实验结果表明,在450kV/cm时,LiTa3O8薄膜剩余极化强度Pr为9.3μC/cm2,矫顽场强Ec为126.8kV/cm;在9.5kV/cm时,LiTa3O8薄膜漏电电流为8.85x10-9A/cm2,比LiTaO3薄膜漏电小;在1kHz时,LiTa3O8薄膜介电常数为58.4,介电损耗为0.26.溶胶-凝胶法制备的LiTa3O8薄膜结晶温度比LiTaO3薄膜高50℃以上.     

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.     

脉冲激光沉积制备的HfO2薄膜的结构与电学性能

采用脉冲激光沉积（PLD）方法在Si（100）基底上制备了有效氧化层厚度为8．6nm，介电常数为29．3的HfO2薄膜．借助C射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）、高分辨透射电镜（HRTEM）分析了样品的微观结构，对电容的C-V与I-V电学特性进行了测试。实验结果表明，该方法制得的HfO2薄膜表面光滑，N2500℃下退火30mm后样品表面粗糙度由0．203nm变为0．498nm，薄膜由非晶转变为简单正交结构，界面层得到有效控制，该栅介质电容具有良好的C-V特性，较低的漏电流密度（4．3×10^-7A/cm^2，@-1V），是SiO2栅介质的理想替代物．