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。     

脉冲激光沉积生长单相的Nd_(1.85)Ce_(0.15)CuO_4薄膜及其激光感生热电电压效应

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在SrTiO3单晶衬底表面外延生长单相的1.85 Ce0.15 CuO4(NCCO)薄膜,并首次在斜切衬底上生长的NCCO薄膜中探测到激光感生热电电压(LITV)信号.实验研究表明,在低沉积温度、高沉积氧压和较大的激光脉冲重复频率下生长的NCCO薄膜中存在Nd1-xCexO<<1.75>,(NCO)杂相,是由于衬底表面吸附粒子扩散迁移困难所致;而高温下真空退火导致杂相的产生,则与NCCO的结构相变引起的热分解有关.通过提高沉积温度、降低沉积氧压和激光脉冲重复频率、并采用低温(T≤800℃)真空退火的方式,可以抑制杂相的形成.制备得到的单相的NCCO外延薄膜是一种新型的原子层热电堆材料,能量为1mJ的紫外脉冲激光的辐照,可以在倾斜的NCCO薄膜中诱导产生0.8V的LITV信号.     

脉冲激光沉积Ba0.5Sr0.5TiO3、Pb0.5Ba0.5TiO3和Pb0.5Sr0.5TiO3薄膜及其介电性质

采用脉冲激光沉积法,在Pt／Ti／SiO2／Si基底上分剐制备厚度为350nm的Ba0.5Sr0.5TiO3(BST)、Pb0.5Ba0.5TiO3(PBT)和Pb0.5Sr0.5TiO3(PST)薄膜并研究了它们的介电性质。XRD显示,在相同的制备条件下三者具有不同的择优取向,PST具有(110)择优取向,PBT具有(111)择优取向,而BST则是混合取向。SEM显示三者样品表面均匀致密,颗粒尺寸大约在50nm至150nm之间。PST与BST、PBT相比有更高的介电常数,在频率为10kHz时,分别为874、334和355,而损耗都较低,分别为0．0378、0．0316和0．0423,同时PST漏电流也是最小的。测量薄膜的C-V特性扣铁电性能表明室温下BST呈现的是顺电相,PST和PBT则呈铁电相。本文也测量了薄膜在不同频率下的介电温度特性,BST、PBT和PST均表现出频率弥散现象,即随着频率的降低．居里温度降低而介电常数会升高。并测得BST和PST的居里温度分剐为-75和150℃。而PBT的居里温度在250℃以上。本文研究表明：与BST相比较,PBT的介电常数与之相近,漏电流较大;而PST具有高介电常数,较小的漏电流和较大的电容-电压调谐度,在相关半导体器件中的应用将有很大的潜力。     

脉冲激光沉积Bi0.5(Na0.7K0.1Li0.2)0.5TiO3无铅压电薄膜的研究

采用脉冲激光沉积制备了新型无铅压电Bi0.5(Na0.7K0.1Li0.2)0.5TiO3陶瓷薄膜,分别利用X射线衍射仪、X射线光电子谱、俄歇电子能谱、原子力显微镜及扫描电镜研究了该薄膜的晶体结构、组成成分及表面形貌.结果表明,薄膜基体温度和工作气压对所生长的薄膜影响较大;在SiO2/Si基片上制备Bi0.5(Na0.7K0.1Li0.2)0.5TiO3薄膜的最佳温度和氧气压力分别为600℃和13Pa;利用脉冲激光沉积的薄膜具有精细的表面结构.     

Pb（Zr0.52Ti0.48）O3铁电薄膜的脉冲准分子激光沉积和快速…

用ＡｒＦ脉冲准分子激光在ＳＯＩ和Ｐｔ／ＳＯＩ衬底上沉积了Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３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。     

Ba0.5Sr0.5 TiO3薄膜、Ba0.1Sr0.9 TiO3/YBa2 Cu3O7-δ异质薄膜的制备及介电性能研究

铁电钛酸锶钡(BSTO)薄膜具备十分优越的铁电/介电性能,在可调谐微波器件和动态随机存储器(DRAM)方面显示出十分诱人的应用前景.而YBa2Cu3O-δ(YBCO)高温超导薄膜作为其电极引入,明显降低了微波损耗,能够大大优化器件的性能.本文针对微波器件性能要求对比了各种常用基片的性能参数,描述了目前BSTO薄膜与BSTO/YBCO异质薄膜制备中存在的问题以及薄膜介电性能测试表征方法.利用脉冲激光沉积(PLD)技术成功制备出结构完整和质量较高的Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜.同时,在1.2°斜切LaAlO3基片上研制有Ba0.1Sr0.9TiO3/YBa2Cu3O7-δ异质双层膜,在1MHz频率、77K温度条件下,其介电常数为1200,介电损耗为0.0045,±30V直流偏压时可调性达到60%,在液氮温度下表现出良好的应用前景.     

以Al2O3为过渡层脉冲激光法制备PZT铁电薄膜

为实现PZT铁电薄膜与半导体衬底的直接集成引入Al2O3为过渡层，首先用真空电子束蒸发法在Si(100)，多昌金刚石（111）衬底上生长约20nm厚的Al2O3过渡层，接着在上述衬底上采用脉冲激光淀积（PLD）法淀积PZT薄膜，衬底温度为350-550℃。X光电子能谱（XPS）测试表明，在高真空下，电子束蒸发Al2O3固态源能获得化学配比接近蒸发源的Al2O3薄膜。X射线衍射（XRD）测试说明，不论衬底是硅还是多晶金刚石，当衬底温度为550℃时，PZT在Al2O3过渡层上呈现（222）取向的焦绿石相结构，当衬底是金刚石时，通过如下工艺：（1）较低温度（350℃）淀积；（2）空气氛围650℃快速退火5min，可以在Al2O3过渡层上获得高度（101）取向的钙钛矿结构的铁电相PZT薄膜，最后AFM测试显示，在硅衬底上，PZT薄膜的表面均方根粗糙度为9.78nm；而在多晶金刚石衬底上，PZT薄膜的表面均方根粗糙度为17.2nm。     

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。     

CaRuO3电极对(Ba,Sr)TiO3薄膜的介电特性的影响

在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)衬底上,用脉冲激光沉积工艺分别制备出了(110)外延取向生长的(Ba0.65Sr0.35)TiO3/CaRuO3(BST/CRO)异质结构薄膜;BST/CRO异质结构薄膜由纳米晶团簇组成,最大的团簇晶粒达500 nm,平均晶粒尺寸在60～80 nm,薄膜厚度为650 nm.BST/CRO异质结薄膜均为表面平滑和致密结构.BST/CRO异质结薄膜的介电常数和介电调谐率分别高达851和78.1%.与纯BST薄膜比较,用CRO作电极,增益介电常数与介电调谐率.     

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.     

不同衬底上Ba0.4Sr0.6TiO3铁电薄膜的制备及外延生长的研究

利用脉冲激光沉积( PLD)技术,通过一系列实验成功地制备出了近外延生长的Ba0.4Sr0.6TiO3铁电薄膜.研究了衬底对Ba0.4Sr0.6TiO3铁电薄膜外延质量的影响.从摇摆曲线的半高宽(FWHM)及原子力显微镜(AFM)图谱中可以看出,在铝酸锶钽镧(LAST)衬底上生长的薄膜,外延质量明显比失配度更小的钛酸锶...     

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．     

溶胶-凝胶法制备(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5TiO3铁电薄膜晶化行为研究

利用溶胶-凝胶法在(111)Pt/Ti/SiO2/Si衬底上成功制备了无铅(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5TiO3(NK-BT)铁电薄膜。利用XRD和原子力显微镜(AFM)分别对薄膜的晶化行为和表面形貌进行了表征。结果表明,在一定温度范围内,随着热分解温度和退火温度的升高,薄膜的晶化程度变得越来越完全,晶粒变得更加均匀致密。当热分解温度为450℃、退火温度为700℃时,薄膜表现出最优的晶化行为,其铁电性能良好,剩余极化强度(Pr)和矫顽场强(Ec)分别为10.37μC/cm2和78.2kV/cm。     

脉冲激光沉积（La（0．2）Bi（0．8）FeO3）（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(La0.2Bi0.8FeO3)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(Ps=7.6μC/cm2)和磁滞回线(Ms=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.     

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。     

0.9BaTiO3-0.1Bi(Mg1/2Ti1/2)O3铁电薄膜制备及储能特性

电介质薄膜是通过介质极化方式存储静电能的一种材料,以其高功率密度和高充放电效率,在电子器件领域得到广泛应用。目前,储能密度较低和温度稳定性差仍是电介质储能薄膜的缺陷。本研究采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备了0.9BaTiO₃-0.1Bi(Ti_1/2Mg_1/2)O₃(0.9BT-0.1BMT)薄膜,通过引入BMT期望获得高储能密度及宽温度稳定性,并研究了退火温度对薄膜的相组成和微观形貌的影响。研究结果表明,退火温度过高会导致薄膜的致密性明显降低并伴随晶粒尺寸增大,750℃是最佳的退火温度。综合性能研究发现,1 kHz下,薄膜的室温介电常数为399,介电损耗为5.8%。薄膜在各测试频率下的介电温度稳定性满足X9R标准,△C/C_25℃≤±13.9%。通过Currie-Weiss关系计算得到薄膜的弛豫系数(Relaxor value)γ值为≈1.96,说明其具有明显的弛豫特性。储能特性研究显示,薄膜的室温储能密度W_rec...     

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.