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.     

钙钛矿型氧化物SrTiO3/BaTiO3多层膜的激光分子束外延生长研究

用激光分子束外延技术在SrTiO3(001)衬底上外延生长SrTiO3/BaTiO3多层膜,通过反射式高能电子衍射(RHEED)原位实时监测并结合原子力显微镜(AFM),研究了不同基片温度下所生长薄膜的表面平整度,利用X射线衍射(XRD)对外延薄膜进行了结构分析,结果表明薄膜具有二维生长模式,在基片温度为380～470℃之间生长的薄膜具有原子级光滑,并且具有完全C轴取向.同时运用X射线光电子能谱(XPS)研究了薄膜界面的互扩散,结果表明降低制备薄膜时的基片温度有利于减少互扩散.     

自支撑BaTiO3薄膜的制备与铁电性研究

BaTiO₃(BTO)铁电氧化物薄膜因其在非易失信息存储、智能传感、生物医疗、纳米发电机等领域潜在的应用而受到了人们的广泛关注。目前,为了保证BTO薄膜能高质量外延生长,通常选择晶格匹配的氧化物做衬底,所生长的薄膜与衬底之间存在较强的化学键,很难将其从衬底上大面积地剥离下来,所以也无法实现下一步转移到可用于高密度器件集成的的Si基衬底上。文章使用水溶Sr₃Al₂O₆(SAO)为牺牲层的方法,将生长在Nb-SrTiO₃(Nb-STO)衬底上的BTO外延薄膜可以大面积、无褶皱地转移到Si基衬底上。并且,转移后的自支撑薄膜仍然保持了完美的结晶度和室温铁电性。此结论对自支撑氧化物薄膜在高密度铁电器件的集成方面奠定了一定的基础。     

单晶Tm2O3高k栅介质漏电流输运机制研究

利用分子束外延技术在p型Si(001)衬底上外延生长了单晶Tm2O3高k栅介质薄膜,分别在不同温度下测量了薄膜的电流-电压特性。基于变温电流-电压特性数据的漏电流输运机制分析表明,单晶Tm2O3栅介质薄膜在正偏压下的主要漏电流输运机制为肖特基发射,而在负偏压下的主要漏电流输运机制为Frenkel-Poole发射。     

SrTiO3衬底上溅射法外延生长PLZT薄膜

用射频磁控溅射法在SrTiO3衬底上外延生长PLZT薄膜,研究了不同的溅射工艺对薄膜生长速率的影响,探讨了不同的后期热处理条件与薄膜取向度的关系.在SrTiO3衬底上成功制备出外延生长的、厚度达1.5μm的PLZT薄膜.     

磁控溅射制备取向性BaTiO3薄膜及其性能研究

磁控溅射具有制备的薄膜纯度高、致密性好、均匀,膜-基结合牢固、工艺重复性好,适合制备取向性无机非金属薄膜等优点,在微电子领域具有广泛的应用前景。研究了BaTiO₃薄膜沉积过程中的氩氧比、溅射温度、溅射时间、溅射功率等参数对薄膜微观结构的影响。结果表明,以取向性SrTiO₃为基底,当氩氧比为3∶1,基底温度为750℃,沉积时间为90 min,溅射功率为80 W时能够获得结晶较好、表面光滑、界面平整,厚度约为177 nm的(100)取向性BaTiO₃薄膜。通过优化工艺参数可以提高薄膜的质量和性能,为利用磁控溅射技术制备性能优异的压电薄膜奠定了基础。     

Bi掺杂BaTiO3陶瓷缺陷性质的第一性原理研究

采用第一性原理计算了Bi掺杂BaTiO3陶瓷3种不同的晶格缺陷结构,分别为单独的BiBa掺杂缺陷模式(BTB模型),1个BiBa掺杂缺陷与1个VBa钡空位同时存在(BTB1模型),符合化学计量比的BiBa掺杂缺陷与VBa钡空位缺陷模式(BTB2模型)。BTB模型显示缺陷结构是由施主掺杂机制控制的,Bi与周围的O原子形成典型的离子键,Ti 4+被还原成Ti 3+。在BTB1模型中钡空位的存在则影响了Bi在晶格中与O的相互作用,Bi偏离初始的中心位置,与邻近的3个氧原子形成了弱的共价键,而正是由于这些弱的共价键导致缺陷附近的[TiO6]八面体产生较大畸变,削弱了Ti 4+的极化能力,使缺陷附近的[TiO6]八面体极化能力减弱,此时缺陷结构是由Ba2+离子空位补偿机制控制的。而BTB2模型可以看成是BTB模型与BTB1模型的叠加,因此缺陷结构是由施主掺杂机制与Ba2+离子空位补偿机制共同控制的。     

纳米BiVO4/BaTiO3复合材料光催化降解性能

通过混合烧结法将BiVO₄与BaTiO₃复合获得BiVO₄/BaTiO₃复合光催化剂。采用XRD和FTIR分析了产物的物相,可知,BiVO₄/BaTiO₃复合材料中仅含有BiVO₄和BaTiO₃,无杂相生成。TEM观察发现,粒径约为55 nm的纳米BaTiO₃颗粒较好地附着在平均颗粒尺寸为~400 nm的BiVO₄颗粒表面,形成异质结构。选用酸性橙7（AO7）作为反应物模型,以模拟太阳光作为光源,研究了BiVO₄/BaTiO₃复合材料的光催化降解性能。结果表明:与BaTiO₃相比,BiVO₄/BaTiO₃复合材料的光催化降解活性显著提高;当BiVO₄的含量为8wt%时,BiVO₄/BaTiO₃复合材料的光催化效果最佳,光照6 h染料的降解率可达~68%,为BaTiO₃的1.9倍。BiVO₄/BaTiO₃复合材料的光催化性能较为稳定,循环使用3次后AO7的降解率仍有~62%。催化机制分析说明,BaTiO₃与BiVO₄复合后,光生电子和空穴能够向对方迁移,促进了光生电荷的分离,有利于光催化效率的提高。      

纳米BaTiO3-SiCw/聚偏氟乙烯三元复合薄膜的制备及其介电性能

以15wt%十六烷基三甲基溴化铵改性碳化硅晶须(CTAB-SiC_w)和KH550改性纳米BaTiO₃(BT)为填料,聚偏氟乙烯(PVDF)为成膜物质,通过溶液流延法制备了BT-SiC_w/PVDF三元复合薄膜,利用FTIR、XRD、SEM和LCR介电温谱仪-高温测试系统联用装置对产物进行结构表征和介电性能测试。结果表明:KH550可以成功改性BT粒子且不会改变BT晶体结构,SiC_w和BT能够较好地分散在PVDF基体中;随着BT引入量的增加,复合薄膜的介电常数先增加后减小,其中当引入10wt%BT时介电性能最优,即频率f=500 Hz、介电常数ε_rmax=33、介电损耗tanδ_max=0.154。随着温度的升高,该试样的介电常数和介电损耗也逐渐增加,并在120℃达到最大值(f=500 Hz、ε_rmax=110、tanδ_max=1.3)。结果对于研究具有高介电常数的三元复合电介质材料为在埋入式电容器中获得应用提供了一种策略。      

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...     

超音速等离子喷涂BaTiO3涂层的制备及表征

利用超音速等离子喷涂在调质45钢基体上制备了BaTiO3涂层,运用SEM、XRD、XPS等分析手段对所制备的涂层的组织形貌、物相成分及元素价态进行表征及分析;并利用显微硬度仪和纳米压痕仪对涂层的力学性能进行了表征。结果表明,BaTiO3涂层表面为灰白色,涂层光滑平整,孔隙率为0.8%;涂层为典型的层状结构,基体与BaTiO3涂层间的结合为机械结合,平均值为42MPa;纳米压痕仪测量涂层的表面硬度为7.065GPa,弹性模量为103.77GPa,显微硬度达到648.6HV0.1,涂层显示出优良的机械性能;XRD衍射结果显示主要成分为BaTiO3相,衍射峰的晶面指数为(101)、(111)和(200)。通过超音速等离子喷涂制备的涂层可以获得较好的综合性能。     

非晶SrTiO3纳米薄膜退火处理方法的研究

用激光脉冲沉积技术(PLD),以N型(100)Si为基底在300℃下制备100nm非晶STO薄膜,分别用常规退火(CFA),快速退火(RTA)以及激光诱导晶化(LIC)处理将其转化多晶薄膜,用XRD测定薄膜相组分和结晶质量,用AFM观测薄膜表面微结构.比较不同工艺退火对薄膜结晶品质的影响并阐述了各自形核结晶的机理.     

海水-富盐空气对BaTiO3及Ni-BaTiO3 MLCC介电性能的影响

将BaTiO₃陶瓷和82 nF的Ni-BaTiO₃ MLCC放置在海水及富盐空气两种恶劣环境下,利用阻抗分析仪、SEM及EDS探究处理0、24、48、72 h后性能的变化规律及腐蚀机理。结果表明,放置在海水中,BaTiO₃陶瓷在不同时间低频(10²～10³Hz)相对介电常数与介电损耗增加,且增加幅度巨大,在24 h陶瓷表面产生明显的保护膜,而在富盐空气下的陶瓷,72 h内介电性能变化范围小,表面没有明显的保护膜产生,但具有一定的腐蚀痕迹。82 nF的MLCC放置在海水及富盐空气72 h内高频(10⁵～10⁶Hz)电容值及介电损耗变化明显,这由盐分浸入内部结晶所导致,但其表面同样没有保护膜产生,这可能与电容器表面的氧化物涂层有关。     

LaAlO3/BaTiO3超晶格薄膜的生长及结构分析

采用激光脉冲分子束外延技术,在(100)取向的SrTiO3 单晶基片上成功外延生长了LaAlO3/Ba TiO3 超晶格薄膜。在超晶格薄膜生长过程中,采用高能电子衍射技术(RHEED)对LaAlO3/BaTiO3 超晶格薄膜的生长过程以及平面晶格变化进行了分析。通过对超晶格薄膜中各层RHEED衍射条纹的分析计算发现超晶格薄膜存在一个临界厚度,其值约为 17nm,当超晶格薄膜的厚度小于该临界厚度时,晶格畸变在逐渐增加,当厚度超过该临界厚度时,晶格畸变因弛豫现象的产生而逐渐减小。超晶格薄膜中不同层的RHEED衍射条纹的差别说明了由于不同应力的作用使超晶格薄膜中LAO层和BTO层表面粗糙度不同。     

MOCVD同质外延生长的单晶β-Ga2O3薄膜研究

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术,在(010)Fe掺Ga₂O₃半绝缘衬底上进行同质外延生长Ga₂O₃薄膜,系统性地研究了生长温度(880℃/830℃/780℃/730℃)和生长压强(80/60/40/20 Torr)对外延薄膜表面形貌、晶体质量以及电学特性等的影响。结果表明随着生长温度和压强的增加：薄膜生长速率分别呈现出略微增加和大幅下降的趋势;薄膜表面阶梯束(step bunching)的生长方式逐渐增强,并且呈现出沿着[001]晶向生长的柱状晶粒;高分辨X射线衍射(XRD)扫描显示薄膜均只在(020)面存在衍射峰,表明生长的薄膜为纯β相单晶薄膜,且半高宽可达到45.7 arcsec;霍尔测试表明780℃和60 Torr的生长条件下薄膜的室温电子迁移率最高。本文为基于MOCVD的Ga₂O₃同质外延生长提供了系统的参数指导,为高质量Ga₂O₃薄膜的制备奠定了基础。     

PbTiO3/BiFeO3多层薄膜的铁电性质

用溶胶一凝胶方法在LaNiO3底电极上制备了BiFeO3/PbTiO3多层薄膜.研究了室温下薄膜的结构,铁电性质和漏电流性质,并将其与纯的BiFeO3薄膜的性质进行了比较.从薄膜的XRD模式中可以观察到共存的BiFe3O相和PbTiO3相.通过电滞回线测量发现,在较低的测试电场下,BiFeO3/PbqTiO3多层薄膜表现出反铁电性;而在较强的测试电场下表现出铁电性.相对于纯的BiFeO3薄膜,BiFeO3/PbTiO3多层薄膜能够承受更高的测试电场而获得充分极化,从而表现出较强的铁电性.漏电流特性测试表明,相对于纯的BiFeO3薄膜,BiFeO3/PbTiO3多层薄膜具有更低的漏电流.     

Mg2+掺杂对SrTiO3薄膜光电特性的影响

利用溶胶-凝胶法在Al2O3陶瓷片上制备掺Mg的SrTiO3薄膜。在SrTiO3中掺杂不同含量的Mg离子,Mg在钛酸锶中取代钛位,形成受主掺杂。研究了掺杂对薄膜电阻率的影响,实验表明,当掺杂浓度为4%时,电阻率最小。当掺杂浓度为4%时,薄膜电阻率会随着光功率变化而变化,当光功率<100W时,电阻迅速减小,超过100W时,减小幅度变小。     

高介电常数BaTiO3陶瓷畴反转电流影响因素的研究

采用溶胶-凝胶结合二次煅烧的方法制备了高介电常数BaTiO3陶瓷,通过X射线衍射分析得到所制备的体系为四方相和立方相共存结构,从扫描电镜的图像中能观察其晶粒尺寸为1μm。通过TF2000铁电分析仪得到其介电常数在煅烧温度为1310℃,保温时间为4h,室温、测试频率为100Hz、测试电压为100V的条件下最大值为38306。研究了BaTiO3铁电陶瓷的反转电流随温度、频率和电压的影响规律,研究发现随着温度的升高反转电流缓慢降低,而随着电场和频率的增加反转电流迅速升高。从能量的观点也能进一步分析温度和电场对于反转电流的影响。     

织构化BaTiO3压电陶瓷材料的制备研究进展

BaTiO₃陶瓷作为一种无铅压电陶瓷有着广泛的应用前景,但常规方法制备的该类陶瓷压电性能通常不如铅基压电陶瓷。织构化是在不改变材料组分的前提下,提高压电陶瓷材料性能的重要手段。制备织构化的BaTiO₃压电陶瓷来取代铅基压电陶瓷,成为该领域近些年的研究热点之一。本文总结了BaTiO₃基压电陶瓷织构化制备技术的进展,其中除一些常见的制备技术外,还有近几年重新发展起来的电泳辅助技术以及新发展起来的电泳与强磁场辅助技术,主要介绍了这些制备技术制备织构化的BaTiO₃陶瓷的优劣,并对该领域的发展趋势进行了展望。     

LaNiO3底电极上的BiFeO3薄膜的铁电性能

用溶胶一凝胶方法在LaNiO3底电极上制备了500℃退火的BiFeO3薄膜.研究了室温下薄膜的结构,介电与铁电性质和漏电流性质.XRD研究表明薄膜呈R3m结构,没有观察到不纯相.铁电性研究表明,薄膜具有大的剩余极化强度,在600 kV/cm的测试电场下,薄膜的剩余极化强度为20uC/cm2,矫顽场为440 kV/cm.介电性质研究表明,在整个测试频率范围内,薄膜具有小的介电损耗.而漏电流特性测试表明,通过工艺的改进,有效的限制了BiFeO3薄膜的漏电流.