不同热解工艺对铁酸铋薄膜结构及导电机制的影响

采用溶胶-凝胶方法和4种不同的热解工艺(350℃/3 min,350℃/90 s,350℃/45 s和250℃/45 s-400℃/45 s)在(111)Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了厚约为300 nm的BiFeO3薄膜。X射线衍射表征显示350℃/90 s薄膜为纯钙钛矿相,350℃/3 min,350℃/45 s和250℃/45 s-400℃/45 s薄膜含有微量的Bi2Fe4O9杂相,表面形貌证实350℃/90 s薄膜表面平整度最好,微观结构最致密,其他热解工艺处理的薄膜表面存在纳米尺寸的空隙和晶粒间界。电学性能测试方面,350℃/90 s薄膜的介电常数和介电损耗受频率的影响较小,其他薄膜的介电常数和介电损耗在低频范围时随频率的增加急剧降低。导电机制分析表明,350℃/90 s薄膜在低、高电场范围分别符合Ohmic导电和普尔-弗兰克导电机理,350℃/3 min薄膜在低电场时由空间电荷限制导电主导,在高电场时由Fowler-Nordheim(F-N)tunneling导电主导。     

掺杂SnS薄膜的制备及电学性能

硫化锡（SnS）具有很高的光吸收系数和合适的禁带宽度，又无毒性，因此在太阳电池等光电器件中具有潜在应用价值。本文用真空蒸发法制备掺杂的SnS薄膜，掺杂源有Sb、Sb：O3、Se、Te、In、In2O3、Se和In2O3的混合物。对各种掺杂SnS薄膜的厚度、电流-电压（Ⅰ—Ⅴ）特性等进行了表征，并计算了其电阻率和光电导与暗电导的比值（Gphoto／Gdark）。结果表明较有效的掺杂源是Sb，Sb掺杂的薄膜电阻率比纯薄膜的电阻率降低四个数量级，Gphoto／Gdark增加约一倍。同时，研究了Sb掺杂量对SnS薄膜电学性能的影响，表明Sb的最佳掺入量约为1．3wt％～1．5wt％。     

水热法制备稀土掺杂铁酸铋粉末及其性能研究

采用水热法制备了不同稀土元素(La、Ce、Nd)A位掺杂铁酸铋粉末。X射线衍射表明该方法制备的铁酸铋粉末为R3c三方晶相结构;扫描电子显微镜图像表明,稀土元素掺杂对铁酸铋粉末形貌影响较大,不同稀土元素掺杂的粉末呈现不同的颗粒形貌和尺寸;光电子能谱扫描分析证实了掺杂稀土的存在,得到了Fe2+的含量;紫外-可见光吸收光谱显示,掺杂铁酸铋粉末在蓝绿光区(400~550nm)有着更强吸收,稀土掺杂使其吸收边蓝移;磁滞回线结果表明A位稀土元素(La、Ce、Nd)掺杂使得铁酸铋粉末铁磁性得到明显增强。     

单/双离子替代对铁酸铋薄膜性能影响的研究进展

铁酸铋在室温下既可表现出铁电性又可表现出反铁磁性,在器件应用上有非常大的应用前景,因此被认为是最有前途的多铁性化合物之一。本文综述了多铁性材料的发展历史、铁酸铋晶体结构以及国内外近年来关于铁酸铋薄膜铁电性能离子替代改性的相关工作及研究进展。本文重点围绕由镧系和低价碱金属元素的A位替代、过渡族金属元素的B位替代,以及A,B位共同替代对铁酸铋薄膜的漏电流、铁电性的影响,并系统总结了不同元素、不同掺杂量对A,B位替代的铁酸铋薄膜的剩余极化和矫顽电场值的影响,更为直观地展现出各类元素离子替代改性对铁酸铋薄膜的影响。本文最后提出了关于铁酸铋薄膜制造工艺、电极材料、薄膜厚度和操作电压等亟待开展的工作。     

用Zn掺杂和热处理改善SnS薄膜的电学特性

用质量比为1%∶0.2%(质量分数)的Sn、S混合粉末在玻璃衬底上热蒸发沉积SnS薄膜,氮气保护下对薄膜进行350℃、40min热处理后,得到简单正交晶系SnS多晶薄膜,薄膜的电阻率为103Ω.cm,选择2%和4%(质量分数)的Zn掺杂来改善SnS薄膜的导电性。研究表明,SnS∶Zn薄膜最有效的热处理条件为300℃、40min,掺Zn后薄膜的物相结构转为简单正交和面心正交晶系混合相,SnS∶Zn薄膜(2%和4%(质量分数))的电阻率在1.8528×10-3～4.944×10-4Ω.cm之间,导电类型为N型。薄膜中Sn和S分别呈+2和-2价,Zn显示+2价,以间隙和替位两种状态存在于SnS中,对薄膜导电性起改善作用的是间隙态的Zn离子。     

镧掺杂对PZT铁电薄膜漏电学特性的影响

研究了镧掺杂对PZT铁电性能和相结构的影响。研究表明镧掺杂增加了(110)和(200)峰的强度,减小了(111)峰的相对强度,导致矫顽场和极化强度的下降。研究了镧掺杂对漏电特性的影响,以及肖特基势垒电流模型。     

自组装功能膜诱导合成铁酸铋薄膜的研究

采用分子自组装技术在玻璃基片表面制备了十八烷基三氯硅烷自组装单层膜(OTS-SAMs),并在功能化的基板表面诱导生成铁酸铋(BiFeO3)薄膜,采用接触角测试仪、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)测试手段对OTS膜和BiFeO3薄膜进行了表征.实验结果表明,在SAMs功能化的玻璃基底上所制备的铁酸铋薄膜结晶良好,薄膜表面平整光滑,结构致密均一,而且形成BiFeO3多晶聚集体,多晶聚集体的大小在2μm左右.     

铁电薄膜与集成铁电学

评述了铁电薄膜制备技术的发展现状及存在的问题，简介了铁电存储器、铁电薄膜红外探测器、光波导、微驱动器等集成铁电学器件的研制及对材料、工艺的要求，提出了集成铁电学发展中有待研究的一些问题。     

锰掺杂对PbZr0.5Ti0.5O3铁电薄膜电学性能的影响

采用Sol-gel方法在生长有LNO3的Si(100)衬底上制备了掺Mn的PbZr0.5Ti0.5O3铁电薄膜(PMZT)。PMZT薄膜具有优良的铁电性。在外加电场下观察到了非对称剩余极化翻转行为。这种剩余极化的翻转不对称随着锰掺杂浓度的增加而变大,从而表明极化过程中产生的内建偏压电场是由Mn的掺杂引起的。当薄膜厚度保持不变时候,PMZT薄膜的剩余极化(Pr)和平均矫顽电场(Ec)随着锰掺杂浓度的增大而减小。在低频下,PMZT薄膜的介电常数随着锰的掺杂浓度的增加而减小。瞬时电流随着时间的呈指数衰减,最后到达饱和的稳态值。样品的漏电流密度随着电压的增加而近似地线性增加,显示出欧姆特性。在相同电压下,漏电流密度随着Mn掺杂浓度的增加而增加。     

VO2薄膜及电学开关特性

用溶胶－凝胶法在非晶玻璃上制备VO2薄膜,经过熔融、涂膜、烘干和热处理等工艺最后得到电阻相变2－3个量级的VO2薄膜。对烘干温度、熔融温度、膜厚和热处理温度对薄膜电阻开关特性的影响进行了研究。通过AFM,XRD和XPS对薄膜的结构和特性进行分析。     

VO_2薄膜及电学开关特性

用溶胶-凝胶法在非晶玻璃上制备VO2薄膜,经过熔融、涂膜、烘干和热处理等工艺最后得到电阻相变2～3个量级的VO2薄膜.对烘干温度、熔融温度、膜厚和热处理温度对薄膜电阻开关特性的影响进行了研究.通过AFM,XRD和XPS对薄膜的结构和特性进行分析.     

氧化钒薄膜的厚度对薄膜电学特性的影响

利用直流反应磁控溅射法在表面覆盖有Si3N4薄膜的Si(100)基片上制备了不同厚度的氧化钒薄膜.用光谱式椭偏仪对薄膜的厚度进行了测试.采用四探针测试系统对制备的薄膜进行了方阻和方阻温度系数的分析,发现薄膜的厚度对薄膜的电学特性有很大的影响.实验结果表明氧化钒薄膜的厚度调整可作为调控氧化钒薄膜性能的一种重要工艺手段.     

铝掺杂对硼化锆薄膜微结构及电学性能的影响

二硼化锆(ZrB₂)具有优异的电学性能、热稳定性和力学性能,广泛应用于微电子产品和高温陶瓷领域,采用元素掺杂的方法可以对其成分和微观组织结构进行调控。采用磁控共溅射技术在Si(100)基底上制备了不同Al含量的ZrB₂薄膜,利用X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射和四点探针仪分析了Zr-Al-B薄膜的化学成分、微结构和电学性能。研究结果表明：铝掺杂会影响硼化锆薄膜的成分和微观结构,进一步影响其电学性能。不同Al溅射功率下制得的薄膜表面平整,结构致密且为多晶结构;随着Al/Zr原子比的增加,薄膜结构从纯ZrB2晶相转变为ZrB₂和Al₂O₃复合相;薄膜电阻率呈现先降低后上升趋势,电阻率最小为0.027Ω·cm,表明掺入少量Al可以提高硼化锆薄膜的电学性能。     

煅烧温度对铁酸铋纤维形貌及性能的影响

采用静电纺丝技术制备了铁酸铋(BiFeO_3,BFO)纤维,研究了煅烧温度对样品光吸收、铁电、铁磁及光催化性能的影响,并对样品的微观形貌、物相组成进行了表征。结果表明,当烧温度为550℃时能够获得表面光滑、束径约为220nm的连续纤维状钙钛矿BFO,但存在少量Bi25FeO40杂质相;当温度升至600℃时,杂质相消失,煅纤维束径减小且形貌变为串珠状;进一步提高煅烧温度,BFO纤维发生断裂、垮塌,并在700℃形成不规则短粗棒状产物。在600℃煅烧温度条件下得到的BFO纤维具有良好的连续性、较好的铁电性能以及较高的光催化活性和稳定性,这与其具有较好的结晶性能、较小的带隙以及特殊的一维形貌有关。     

N掺杂对Co-ZnO薄膜电学和磁学性能的影响

采用脉冲激光沉积(PLD)法通过电离活化方式在石英和Si(100)衬底上制备了Co-N共掺ZnO薄膜,研究了N掺杂对Co-ZnO薄膜电学和磁学性能的影响.实验观察到700℃、N2O压强为15Pa时生长的Co-N共掺ZnO薄膜显示室温磁滞回线.采用XRD、SEM、XPS、霍尔测试和SQUID等手段对样品进行了测试,结果表明,所得薄膜样品具有高度的c轴择优取向,XRD图谱中并没有发现Co、N的相关分相,Co、N原子分别以替代位形式CoZn、NO存在于薄膜中.霍尔测试和SQUID测试表明,Co-N共掺ZnO薄膜呈p型,具有室温磁滞效应.与Co掺杂ZnO薄膜相比,载流子浓度降低,同时,饱和磁化强度和矫顽力有很大提高,可见,N的掺入改变了Co掺杂ZnO稀磁半导体薄膜的导电类型,并增强了磁性。     

紫光对多晶掺锰铁酸铋薄膜铁电和电输运性质的影响

采用溶胶-凝胶的方法在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(001)基片上制备了5％Mn掺杂的BiFeO3(BFMO)薄膜,并构建了Pt/BFMO/Pt对称型电容器,研究了紫光对多晶BFMO薄膜铁电性及J-V特性的影响.实验发现,在紫光的照射下,薄膜的电导增大,这是由于紫光入射在BFMO薄膜上,产生了光生我流子.当外加电压为5V时,漏电流密度由9.1mA/cm2增大到16.3mA/cm2.Pt和BFMO的接触满足金属-半导体理论中的欧姆接触,并且光的存在并没有改变Pt/BFMO/Pt电容器的漏电流机制.当光入射到薄膜表面,样品的剩余极化强度增大,由无光时的91.7μC/cm2增大到光照时的99.9μC/cm2.     

C掺杂浓度对ZnO薄膜电学和结构的影响

采用射频磁控溅射法在石英玻璃衬底上成功制备了不同C掺杂浓度的ZnO∶C薄膜,借助于X射线衍射仪(XRD)、霍尔测试(Hall)、X射线光电子谱(XPS)和拉曼散射光谱(Raman)等测试手段系统研究了ZnO薄膜的结构、电学以及拉曼特性并分析了C在ZnO薄膜中存在形式。结果表明,所有薄膜都呈纤锌矿结构并具有高度的c轴择优取向。随着C掺杂浓度的增加,薄膜的n型导电性能不断增强,其主要原因是ZnO薄膜中的C替代Zn位起施主作用。     

掺杂钒酸铋的光催化性能研究

以Bi(NO3)3.5H2O和NH4VO3为原料,水热法合成了单斜相BiVO4粉体。利用X射线衍射、透射电镜、紫外可见漫反射对所合成产物进行了表征,并与高温固相法合成的产物进行了对比。用浸渍法对水热法合成产物进行了9种元素的掺杂,对掺杂BiVO4进行了光催化降解亚甲基蓝性能的研究。结果表明,Cu掺杂BiVO4显示出最大的光催化降解速率,2h降解率可达82%,而Ce掺杂降解能力降低,Si掺杂提高了吸附性。     

沉积温度对Gd掺杂CeO2电解质薄膜生长及电学特性的影响

采用反应射频磁控溅射技术,在非晶石英衬底上不同温度下制备了纳米多晶Gd掺杂CeO2(简称GDC)氧离子导体电解质薄膜,采用X射线衍射仪、原子力显微镜对薄膜物相、晶粒大小、生长形貌进行了表征,利用交流阻抗谱仪测试了GDC薄膜的电学性能.结果表明,GDC薄膜生长取向随沉积温度而变化:300-400℃时为强(111)织构生长,而500-600℃时薄膜趋于无规则生长;随着沉积温度的升高,薄膜的牛长形貌由同一取向的大棱形生长岛转变为密集球形小生长岛;GDC多晶薄膜的电导活化能约为1.3eV,接近于晶界电导活化能值,说明GDC交流阻抗主要源于晶界的贡献;晶界空间电荷效应导致GDC薄膜电导率随晶粒尺寸而变化,晶粒尺寸越小,电导率越大.     

多组分掺杂ZnO薄膜的微观结构及电学性能研究

采用射频磁控溅射法在Si(111)衬底上制备多组分掺杂ZnO薄膜,研究了衬底温度和氧分压对Bi、Cr、Sb、Mn和Co掺杂ZnO薄膜的晶体结构、表面形貌及电学性能的影响。结果表明:随着衬底温度的升高,ZnO(002)衍射峰相对强度先增强后减弱;薄膜表面粗糙度先减小后增大。随着氧分压的增大,ZnO的(101)、(102)和(103)衍射峰消失,薄膜呈优异的(002)择优取向生长。在衬底温度为300℃、氧分压为50%时,Bi、Cr、Sb、Mn和Co所引起的缺陷和氧过剩引起的本征缺陷,共同形成受主态的复合缺陷,导致晶界势垒激增。此时,薄膜有最优化的压敏电压、非线性常数和漏电流,分别达到7.05V、20.83和0.58μA/mm~2。