纳米结构铁电膜的制备和物性及微结构表征

采用脉冲激光淀积法在硅基氧化铝纳米有序孔膜版介质上(膜版孔径平均尺寸25nm,内生长Pt纳米线作为底电极一部分)制备了纳米结构的BaTiO3铁电膜(膜厚25nm),并对其铁电和介电性能以及微结构进行了表征.结果表明,BaTiO3铁电纳米膜的介电常数随着测量频率的增加(103～106Hz)从196缓慢下降到190;介电损耗在低频区域(103～105Hz)从0.005缓慢增加到0.007,而在高频率区域(105Hz)快速增加到0.013.薄膜的剩余极化强度约为5μC/cm2,矫顽场强约为680kV/cm.剖面(S)TEM像表明,BaTiO3铁电纳米膜与Pt纳米线(底电极)直接相连,它们之间的界面具有一定程度的弯曲.为兼顾氧化铝纳米有序孔膜版内的金属纳米线有序分布及BaTiO3纳米膜的结晶度,选择合适的退火温度是制备工艺中的关键因素.     

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。     

利用微弧氧化法制备四方相BaTiO3薄膜的结构特征及铁电性能

利用微弧氧化技术在钛衬底上直接制备了四方相钛酸钡铁电薄膜.利用X射线(XRD)、HP4192A阻抗分析仪和铁电测试系统(FTS)等手段对薄膜样品的相结构、介电和铁电性能进行了研究.结果表明,工艺参数为Ba(OH)2浓度为0.5mol/L,电流密度为150mA/cm2,温度为57℃,反应时间5～20min的薄膜主要要由四方相BaTiO3构成.在微弧氧化过程中,弧点的连续移动是形成四方相BaTiO3的主要原因.此工艺参数下薄膜的剩余极化值为0.271和-4.62μC/cm2(Pr),与其对应的矫顽场强度分别为20和-2.8kV/cm(Ec).该薄膜具有良好的铁电性能.     

Mn或Cu掺杂非晶AlN薄膜的光致发光特性

研究了Mn或Cu掺杂的非晶AlN薄膜在室温下的发光性质。Cu或Mn掺杂的非晶AlN薄膜是在玻璃衬底上采用中频反应磁控溅射制备的。X射线衍射（XRO）结果表明薄膜为非晶。由X射线能谱（EDX）检测分析结果得到薄膜中Cu和Al含量比例为1：10，Mn和Al含量比例为1：15。光致发光光谱表明Cu掺杂的AlN薄膜能发出强烈的蓝光（～430m）而Mn掺杂则表现为红光（～650nm）。     

Al_2O_3:Ce~(3+)薄膜发光特性研究

用中频反应磁控溅射技术制备了Al2O3:Ce3+的非晶薄膜。这些薄膜的光致发光峰是在370～395 nm之间,它来自于Ce3+离子的5d1激发态向基态4f1的两个劈裂能级的跃迁。发光强度依赖于薄膜的掺杂浓度,并分析了产生这种关系的原因。Al2O3:Ce3+非晶薄膜发光特性在平板显示等领域有着广泛潜在的应用前景。     

Nb金属氧化物非晶态纳米薄膜的制备及可见光区的光致发光现象

在较低的温度下,通过热氧化法在Si单晶基底上合成氧化铌(NbO_x)非晶结构纳米薄膜。样品的衍射谱为典型的漫散包,在450℃以下的退火样品都没有明显的晶化峰出现。SEM图片显示,薄膜是由一些准直阵列的椎形结构组成。在室温下对原始非晶膜以及退火处理过的样品作了PL谱分析,实验观测到:514nm激发光源下,样品在室温下可见光区出现红橙色发光,发光峰包较宽且很有特点。分峰拟合结果可明显看到发光峰包由630～715附近的两峰组成,通过性能检测发现,薄膜经低温段退火处理后在可见光区具有很好的光致发光,这一现象到目前为止尚少见报道。实验还研究了退火温度与发光强度的规律,初步研究表明,此光致发光机制与缺陷有关。     

Pr掺杂SrBi_2Ta_2O_9多功能铁电体的光致发光研究(英文)

本文报道了Pr掺杂SrBi2Ta2O9(SBTO)铋层状铁电材料的光致发光特性。通过适量的Pr掺杂制得的SrBi2Ta2O9陶瓷样品在室温下具有很强的红光和绿光发射。光致发光激发谱显示样品具有蓝光激发特性,该激发带对应Pr3+离子的基态3H4到激发态3PJ(J=0,1,2)的跃迁吸收。在蓝光激发下,样品具有宽带发射,发射峰对应Pr3+离子f-f辐射跃迁中:3P1→3H5(532 nm),3P0→3H5(546 nm),1D2→3H4(600 nm),3P0→3H6(620 nm),3P0→3F2(656 nm)和3P0→3F4(743 nm)跃迁。Pr掺杂SBTO样品蓝光激发的光致发光特性将可能使其在白光LED及其相关器件中得到应用。     

SrWO4薄膜的电化学制备及室温光致发光特性

在室温条件下,采用恒电流电化学方法直接在钨片基体上制备了白钨矿结构的SrWO4晶态薄膜。电化学反应的工艺参数为:电流密度为1mA/cm2、电解液的pH值为12.5、电化学处理时间为1.5h。采用XRD、SEM、XPS技术对制备的SrWO4薄膜进行了表征;首次测试了制备的SrWO4薄膜的室温光致发光光谱,结果表明SrWO4薄膜受到波长为325nm的激光激发后,在400nm附近有一较强的发射光谱,同时在450～580nm波段之间有一个宽的谱带。     

微弧氧化法制备BaTiO3薄膜的结构特性

利用微弧氧化技术在钛衬底上制备了钛酸钡铁电薄膜.利用x射线(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等手段研究了电流密度和电解液浓度对微弧氧化薄膜的化学成分、相组成、结构和表面形貌的影响.结果表明,随着电流密度和电解液浓度的增加,BaTiO3的形成能力增强,薄膜的致密度下降,表面粗糙度增加;当Ba(OH)2浓度为0.2 mol/l,电流密度为5 A/cm2,微弧氧化反应18 min后,可获得具有较高简单四方结构和底心正交结构BaTiO3含量的薄膜,且薄膜与衬底具有良好的结合性能.     

基于新型纳米复合介电材料的嵌入式微电容制备及特性

嵌入式微电容技术是一种能够使电子器件微型化,并提高其性能及可靠性的方法.研究适用于嵌入式环境的高介电材料,有着重要的意义.采用粒径为92 nm的钛酸钡（BaTiO3）颗粒作为纳米无机填充颗粒,选用聚酰亚胺（PI）作为有机基体制备新型BaTiO3/PI纳米复合薄膜,并对该薄膜的介电性能、耐压特性及温度特性进行了测试;并采用光刻、溅射、刻蚀等工艺,对BaTiO3/PI纳米复合薄膜进行图形化研究,制造嵌入式微电容器件原型,其后对该器件的介电性能进行了测试.测试结果显示,嵌入式电容器件原型的介电常数在低频下达到15以上,击穿场强达到58 MV/m以上,而刻蚀和溅射工艺对薄膜的性能影响不大.     

Optical emission from LiNbO3(:Fe)/porous Si structures

Using pulsed laser deposition, a layer of LiNbO₃(:Fe) film with a thickness of 180 nm was coated onto porous Si (PS) stored in air for 1 year. A photoluminescence (PL) band enhanced about three times was observed at ∼625 nm with a same peak position as that of the stored PS. It is revealed that a new PL excitation band occurs at ∼363 nm, which is nearly equal to the fundamental optical absorption edge position of LiNbO₃. The X-ray diffraction results disclose that the enhancement of the PL intensity is closely related to formation of a textured LiNbO₃ film. Based on spectral analysis, we attribute the enhanced PL to optical transition in the E′ defect centers localized at the surfaces of PS nanocrystals, whereas the photoexcited carriers mainly come from the coated LiNbO₃ film. This kind of LiNbO₃(:Fe)/PS structures is expected to have important applications in modern ferroelectric optoelectronics.     

铁电体极化反转临界条件的细观力学分析

本文根据经典形核理论,对铁电体极化反转过程的临界条件进行了热力学研究,建立了包括温度影响、外场作用、界面能以及退极化能等的热-力-电耦合细观力学模型,计算了铁电体BaTiO3极化反转的临界形核半径和临界形核功。结果表明在畴变过程中BaTiO3的临界形核半径和临界形核功都随反向电场的增加而减小,同样电场强度作用下临界形核半径和临界形核功随着温度的升高而减小。     

Enhanced ferroelectric properties of Fe-doped BaTiO3 thin film deposited on LaNiO3/Si substrate by sol–gel technique

The ferroelectric thin films of Fe-doped BaTiO₃ and undoped BaTiO₃ were prepared on LaNiO₃ coating Si substrates by sol–gel technique. It was found that a small amount of Fe dopant could significantly enhance the ferroelectric properties of the BaTiO₃ thin film. The remnant polarization of Fe-doped BaTiO₃ thin film at room temperature reached to 14.9 μC/cm². The loss tangent, compared to the undoped BaTiO₃ film, was increased with frequency increasing and the dielectric constant was decreased. The possible mechanism of enhanced ferroelectric properties of Fe-doped BaTiO₃ thin film was discussed. The results show the potential role of Fe dopant in improving the ferroelectric properties of BaTiO₃ thin film.     

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.     

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．     

溶胶-凝胶法制备Bi0.975La0.025Fe0.975Ni0.025O3铁电薄膜的结构及物理性能

采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO_2/Si(111)衬底上制备了Bi_(0.975)La_(0.025)Fe_(0.975)Ni_(0.025)O_3(BLFNO)铁电薄膜。利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)及其压电模式(PFM)对薄膜的晶体结构、表面形貌以及铁电畴结构进行了研究。研究发现,BLFNO为结晶良好的钙钛矿结构多晶薄膜,且薄膜表面颗粒生长均匀。PFM测试图显示铁电薄膜在自发极化下的铁电畴结构清晰,铁电电容器具有良好的铁电性能。应用铁电测试仪对Pt/BLFNO/Pt电容器进行测量,得到了饱和性良好的电滞回线。在828kV/cm的外加电场下,Pt/BLFNO/Pt电容器的剩余极化强度为74.3μC/cm~2,表明La、Ni的共掺杂没有明显抑制铁电电容器的剩余极化强度,铁电电容器具有良好的铁电性能。漏电流研究结果表明,La、Ni元素的共掺杂有效降低了薄膜的漏电流密度,在277.8kV/cm外加电场下漏电流密度在10-4 A/cm2量级,明显小于纯BFO薄膜的漏电流密度。正半支漏电流曲线满足SCLC导电机制,对于负半支曲线,当电场强度大于22.2kV/cm时,同样遵循SCLC导电机制;但是,当电场强度小于22.2kV/cm时,曲线斜率约为4.8,表明参与导电贡献的电子数较多,归因于极浅陷阱俘获的电子在外加电场作用下参与了导电行为。室温下磁滞回线测试结果表明BLFNO薄膜具有反铁磁性质。     

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.     

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。     

结构设计对铁电薄膜系统电滞回线的影响

为制备符合Si集成铁电器件要求的高质量Si基铁电薄膜，采用溶胶—凝胶(sol—gel)工艺，制备了MFM及MFS结构的铁电薄膜系统，研究了不同结构及不同衬底对铁电薄膜系统铁电性能及电滞回线的影响，并对这些差异产生的主要影响因素进行了分析，在此基础上，提出并制备了Ag／Pb(Zr0.52Ti0.48)O3／Bi4Ti3O12／p—Si多层结构，该结构铁电薄膜系统的铁电性能及电滞回线的对称性有明显改善，有望应用于Si集成铁电器件。     

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。