Hf_(0.2)Zr_(0.8)O_2铁电薄膜的制备与电性能研究

采用脉冲激光沉积法(pulsed laser deposition,PLD),通过改变气氛氧压、衬底温度等工艺参数,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Hf0.2Zr0.8O2(HZO)薄膜。利用X射线衍射(XRD)表征了薄膜的结构特征;并采用Radiant RT66A进行铁电性能参数的测量,以此研究了工艺参数对薄膜结构和铁电性能的影响规律。分析结果表明,HZO铁电极化的原因主要是来自于HfO2-ZrO2(111)正交相和ZrO2(002)四方相的影响。通过上述实验结果得到,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备Hf0.2Zr0.8O2薄膜的优化条件为氧分压18 Pa、衬底温度500℃。在优化条件下制备的Hf0.2Zr0.8O2薄膜,剩余极化(2Pr)达到4μC/cm2。     

掺杂氧化铪基薄膜铁电性能的研究进展

铁电薄膜的研究多集中于钙钛矿结构材料,然而,这些传统的铁电材料存在与硅Si兼容性差、含铅而污染环境、物理厚度大、电阻低、带隙小等问题。不同的掺杂剂,如Si、Zr、Al、Y、Gd、Sr和La可以在HfO₂薄膜中诱导铁电或反铁电性,使其剩余极化率达到45μC·cm^-2,矫顽力(1～2 MV·cm^-1)比传统铁电薄膜大约1个数量级。同时,HfO₂薄膜厚度可以非常薄(低于10 nm),并具有很大的带隙(约5 eV)。这些优于传统铁电材料的特质可以克服包括铁电场效应晶体管和三维电容传统铁电材料等在薄膜存储器应用中的障碍。除此之外,反铁电薄膜的热电耦合性将有望用于能量收集、存储、固态冷却和红外传感器等多种应用中。HfO₂掺杂薄膜可以通过不同的沉积技术如ALD、溅射和CSD来制备,其中ALD技术沉积的薄膜优势更加明显。本文综述了近年来掺杂HfO₂薄膜材料铁电性和反铁电性的研究进展,详细介绍了不同掺杂元素、薄膜厚度、晶粒尺寸、电极、退火及应力等对薄膜铁电性的影响。     

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．     

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.     

取向对PLD法制备BiFeO3薄膜性能的影响

以快速等离子烧结法(SPS)制备的BiFeO3块体为靶材,用激光脉冲沉积(PLD)法在不同衬底上制备了BiFeO3(100)/LaNiO3(100)/Si(100)、BiFeO3(111)/LaNiO3(111)/SrTiO3(111)、BiFeO3(110)/Pt/TiO2/SiO2/Si、BiFeO3(110)LaNiO3(110)/Pt/TiO2/SiO2/Si不同择优取向的薄膜,并对薄膜进行了XRD和SEM分析。X射线衍射结果表明,BiFeO3薄膜外延沉积在导电层衬底上,并且它们具有相同的高度取向。SEM分析表明,薄膜上的晶粒是柱状形态,表面光滑致密且颗粒分布非常均匀,晶粒的边界和尺寸也能被清晰地观察到。通过铁电铁磁性能研究,BiFeO3(111)择优取向性能最佳。SrTiO3衬底上(111)取向的BiFeO3薄膜铁电剩余极化值达到了30.3μC/cm2,漏电流为1.0×10-3 A/cm2,饱和磁化强度为20.0kA/m。     

La掺杂Hf0.5Zr0.5O2薄膜铁电性能研究

铪基氧化物薄膜在超薄膜厚下仍具有优良的铁电性能,非常适用于高密度集成的铁电存储。La掺杂铪基薄膜拥有极为优异的循环写擦特性,但其剩余极化强度(2Pr≤35μC/cm²)还有待进一步提高。本研究采用原子层沉积(ALD)制备La掺杂的Hf_0.5Zr_0.5O₂薄膜(HZLO),通过快速热退火(RTA)对样品进行500℃、550℃和600℃的热处理,研究La掺杂及退火温度对TiN/HZLO/TiN/W结构铁电性能的影响。研究表明,La掺杂促进薄膜四方相转变为正交相,剩余极化强度(49.8μC/cm²)获得极大提高。此外,La掺杂还降低了器件矫顽场(～1.25 MV/cm)并改善矫顽电场对称性。随着退火温度升高至550℃,正交相占比升高至～77%,剩余极化强度高达49.8μC/cm²,而进一步升高退火温度至600℃,正交相、四方相和立方相朝着单斜相转变,器件剩余极化强度降低。     

化学溶液沉积法制备Nd和Sc/Al/(Sc,Al)共掺杂钛酸铋铁电薄膜的电性能研究

利用化学溶液沉积法在Pt/Ti/SiO2/Si(100)基底和700℃条件下分别制备了Nd和Sc/Al/( Sc,Al)共掺杂的钛酸铋薄膜Bi3.15 Nd0.85 Ti2.94 Sc0.06O12 (BNTSc)、Bi3.15 Nd0.85 Ti2.94 Al0.06O12(BNTAl)和Bi3.15Nd0.85 Ti2.94(Sc0.03,Al0.03)O12(BNT(Sc,Al)),并研究和对比了这一系列薄膜的微结构、介电、铁电和漏电流等特性.结果发现BNT( Sc,Al)薄膜具有较高的剩余极化强度和介电常数,其漏电流密度低于BNTAl薄膜.另外,还讨论了相关的物理机制.     

c—BN薄膜研究进展

立方氮化硼（ｃ－ ＢＮ） 在机械、热、电子及光学方面有许多优异性能,因此世界上有很多研究人员从事ｃ－ ＢＮ 薄膜制备的研究,近年来薄膜沉积技术和ｃ－ ＢＮ 薄膜质量都已取得显著进步。介绍ｃ － ＢＮ 薄膜的用途、结构、制备方法及存在的问题。重点总结了控制ｃ－ ＢＮ 相形成的关键因素及ｃ－ ＢＮ 相形成机理。     

铅掺杂对BST铁电薄膜性能的影响

为了改善BST铁电薄膜的结晶性能,降低薄膜材料的铁电弛豫和弥散相变特性,采用改进的溶胶-凝胶(sol-gel)方法在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制备出了不同铅掺杂的BST薄膜(PBST).研究了PBST薄膜的微观结构及其介电、铁电性能.XRD、AFM分析表明,铅对(101、110)峰的生长促进作用最大,掺入5mol%Pb以上的PBST薄膜的结晶状况得到了明显改善;铅的引入使晶粒增大,降低了薄膜的频率色散现象,相变温区有不同程度紧缩;薄膜的介电、铁电性增强.PBST(0.80/0.20/0.05)薄膜具有适当的相变温区、合适的Tmax值、较小频率色散及比BST薄膜更为明显的介电峰与铁电性等特征,可以作为UFPA系统的探测材料.     

Al掺杂量对ZnO:Al薄膜微观结构和光电性能的影响

采用溶胶-凝胶法在玻璃基片上制备出不同Al掺杂量的ZnO:Al(ZAO)薄膜.系统研究了Al掺杂量对薄膜微结构和光电性能的影响.结果表明:溶胶-凝胶法制备的薄膜具有完好C轴择优取向,在可见光区的透射率均大于85%;随着Al掺杂量的增加,薄膜的平均颗粒尺寸减小,表面电阻率先降低后升高,薄膜的光学带隙宽变宽.在5%H2 95%N2气氛退火可显著降低薄膜电阻率,掺Al量为2%的薄膜具有最低电阻率5.5×10-3Ω·Cm.     

热处理温度和掺杂浓度对AZO薄膜微结构的影响

采用溶胶-凝胶法在普通裁玻片上制备了（002）择优取向的AZO薄膜,研究了不同的热处理温度和掺杂浓度对薄膜微结构的影响。利用XRD和SEM表征了AZO薄膜晶体结构的择优取向和表面形貌。结果表明,热处理温度为450℃,择优取向最强,热处理温度高于或低于450℃时,择优取向都减弱;当掺杂浓度为2％时,AZO的择优取向最强,随着Al掺杂浓度的增大,薄膜的晶粒尺寸减小,薄膜变得更加致密。     

SrBi2Ta2O9铁电薄膜的结构与性能研究进展

综述了SrBi2Ta2O9的结构和性能研究进展,着重阐明化学组成、结晶取向、热处理条件、使用温度对SrBi2Ta2O9铁电性能的影响。结果表明,以Bi4Ti3O12作为过渡层,采用快速热处理法,Sr:Bi:Ta=0.8:2.2:2时,有助于提高SBT薄膜的剩余极化值,降低矫顽场强和电流漏损。     

V2O5薄膜的电学性质及其应用

综述了Ｖ２Ｏ２薄膜材料的结构、电学性质及其在电学中的应用。     

金属掺杂对In2O3薄膜光学性质的影响

研究了射频溅射法制备的金属／半导体类型颗粒膜的光学特性。通过样品透射谱分析，发现金属Fe的掺杂使半导体In2O3的带间跌迁由直接跃迁变为间接跃迁；随Fe所占体积份数的增加，局域态尾变宽，带隙变窄。这是由于掺入Fe颗粒后。母体材料与金属颗粒的界面处表面态增多，以及母体材料的非晶化引起的。     

V2O5掺杂对TiO2纳米复合薄膜性能的影响

采用溶胶-凝胶技术,以钛酸丁酯Ti(OC4H9)4、V2O5粉末为原材料制备了纳米结构的TiO2-V2O5复合薄膜.使用XRD、AFM、UV-VIS-NIR分光光度计等方法研究了V2O5对TiO2纳米复合薄膜性能的影响.实验结果表明:V2O5掺杂使复合薄膜表面颗粒尺寸增加,但仍具有纳米孔洞结构;随V2O5含量的增加,TiO2晶相由锐钛矿向金红石的转变率大大提高,使金红石完全转变温度降低了200℃左右;复合薄膜在紫外区域的吸收显著增强,吸收边缘发生了红移.复合薄膜定域态宽度随V2O5含量的增加而增加;光学带隙随V2O5的含量增加而减小.     

Effect of Al Doping on Structural, Electrical, Optical and Photoluminescence Properties of Nano-Structural ZnO Thin Films

The nano-structural Al-doped ZnO thin films of different morphologies deposited on glass substrate were successfully fabricated at substrate temperature of 350 C by an inexpensive spray pyrolysis method. The structural, electrical, optical and photoluminescence properties were investigated. X-ray diffraction study revealed the crystalline wurtzite (hexagonal) structure of the films with nano-grains. Scanning electron mi- croscopy (SEM) micrographs indicated the formation of a large variety of nano-structures during film growth. The spectral absorption of the films occurred at the absorption edge of ～410 nm. In the present study, the optical band gap energy 3.28 eV of ZnO decreased gradually to 3.05 eV for 4 mol% of Al doping. The deep level activation energy decreased and carrier concentrations increased substantially with increasing doping. Exciting with the energy 3.543 eV (λ=350 nm), a narrow and a broad characteristic photoluminescence peaks that correspond to the near band edge (NBE) and deep level emissions (DLE), respectively emerged.     

铁电PLZT薄膜的钙钛矿型结构与性能的研究

讨论了用射频磁控溅射沉积的ＰＬＺＴ（７．５／６５／３５）陶瓷薄膜的结构和铁电性能。研究表明，在不加热的Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓｉ衬底上沉积ＰＬＺＴ薄膜即钙钛矿型的高度取向薄膜，没有绿石相出现，同时具有很好的微观结构；增加薄膜的厚度导致ａ轴取向的增长；火处理有助于ＰＬＺＴ薄膜的钙钛矿相的增长并在薄膜中出现了蔷薇状共晶组织。这种ＰＬＺＴ薄膜的剩余极化强度、矫顽场强度分别为２２．９μ／ｃｍ＾２和６２．４ＫＶ／ｃｍ