BiFeO3多铁性低维纳米结构研究进展

BiFeO3多铁性低维纳米结构（如纳米晶、纳米线、纳米管、纳米岛等）因其出色的室温多铁性能以及纳尺度下的新型尺寸效应特性,在新型多态存储器及自旋电子学器件方面受到广泛关注。近年来,人们在BiFeO3多铁性低维纳米结构的制备与表征（电、磁性能以及微结构）方面取得了相当进展,本文对此进行了评述。首先,对高质量的BiFeO3多铁性低维纳米结构的制备方法进行了简短评述,然后介绍了BiFeO3多铁性低维纳米结构的纳尺度电性能与磁性能表征以及磁电耦合效应。最后,综述了BiFeO3多铁性低维纳米结构的微结构研究进展以及BiFeO3多铁性低维纳米结构的理论研究结果,并指出了未来BiFeO3多铁性低维纳米结构研究需要重点解决的一些问题。     

BiFeO3/Bi4Ti3O12多层铁电薄膜的性能研究

采用sol-gel法在FTO/玻璃底电极上制备了BiFeO3/Bi4Ti3O12多层薄膜。研究了室温下薄膜的结构,铁电和漏电流性质。结果表明,相对于纯的BiFeO3薄膜,BiFeO3/Bi4Ti3O12多层薄膜具有更低的漏电流,表现出较强的铁电性,在4.40×105V/cm的测试电场强度下,剩余极化强度为3.7×10–5C/cm2。在2.00×105V/cm的测试电场强度下,BiFeO3和BiFeO3/Bi4Ti3O12薄膜的漏电流密度分别为10–5和10–7A/cm2。     

多铁性材料BiFeO3的掺杂改性研究进展

同时具有铁电、铁磁、铁弹特性的多铁性材料在功能器件中具有潜在的应用前景。BiFeO3是唯一居里温度和尼尔温度均在室温以上的多铁性材料。综述了多铁性材料BiFeO3的结构、制备、掺杂改性研究进展,指出了BiFeO3材料存在的问题,提出了BiFeO3材料今后可能的研究方向。     

(001)Si衬底上La0.9Sr0.1MnO3/SrTiO3外延生长薄膜的界面电子显微学研究

本文利用高分辨电子显微术、电子能量损失谱和电子全息技术对Si基体上生长的SrTiO3（STO）和La0.9Sr0.1MnO3（LSMO）薄膜及其STO层和Si基体之间的界面结构进行了深入研究,结果表明在Si和STO层之间由于氧扩散会形成一层过渡的SiOx无序层,且随沉积条件不同界面原子无序层厚度稍有不同;选区电子衍射结果表明薄膜和基体之间的外延生长关系为[001]LSMO//[^-110]Si,[110]LSMO//[001]Si[001]STO,//[001]Si,[010]STO//[110]Si;电子能量损失谱分析表明界面无序层中Si离子的氧化态处于Si^2＋和Si^0之间;电子全息结果清晰地显示了基体与薄膜之间存在明显的相位和势垒变化,负电荷聚集在界面SiOx的无序层中。     

嵌入电容膜（ECF）用的环氧／SrTiO3复合物

概述了高频用途的环氧／SrTiO3复合物嵌入电容膜（ECF）的开发。采用变化SrTiO3粒子填料的3种不同的SrTiO3粉,测量环氧／SrTiO3复合物嵌入电容膜的介质常数。试验数据符合判断环氧／SrTiO3复合物ECF中的SrTiO3粉的有效介质常数的Lichtenecker方程。应用矩形谐振腔法测量环氧／SrTiO3复合物ECF在千兆赫范围（1GHz、10GHz）的介质常数。在千兆赫频率范围内环氧／SrTiO3复合物ECF的介质常数几乎稳定。因此环氧／SrTiO3复合物ECF可以有效地应用于高频用途中。     

用高分辨电子能量损失谱方法（HR—EELS）研究铁电薄膜

本文主要利用扫描透射电镜下的高分辨电子能量损失谱方法研究BaTiO3（10nm）／SrTiO3（50nm）铁电多层薄膜和高介电Y2O3／Si（001）结构心的界面化学反应及缺陷形成。在BaTiO3／SrTiO3多膜中，选区电子衍射图像表明BaTiO3薄层的极化方向垂直于基底表面。与体材料相比，BaTiO3薄层的晶格常数在ab方向变短而沿c轴伸长，这表明了错配张力的存在。BaTiO3层的上下两界面由于错配张力的松弛而具有不同的微结构。电子能量损失谱表明，TiL23吸收边的晶体场分裂对错配张力的松弛非常敏感，     

钽／硅多层膜在550℃退火后的局域扩散反应

钽／硅多层膜在５５０℃退火后的局域扩散反应卢江，李凡庆，陈志文，谭舜，陆斌，张庶元，王路春，李齐（中国科技大学结构分析开放实验室，合肥２３００２６）（南京大学物理系）多层膜提供了一个具有大量界面的扩散、晶化、固相反应的系统。本文研究了在５５０℃退火后...     

半导体Si（001）基片上制备的超薄SrTiO3薄膜的透射电镜及电子全息研究

随着半导体技术的发展，Si基体上生长的高介电常数的钙钛矿晶体氧化物薄膜如SrTiO3（STO）也受到了广泛关注。SrTiO3（a=0.3905nm）在沿Si（001）方向旋转45℃之后和Si（d=0.384nm）之间的点阵错配很小（-1.7%），同时也有各种晶体氧化物薄膜在Si基体上生长很好的缓冲材料。本文主要利用透射电子显微镜和电子全息技术对薄膜的截面样品进行了界面微结构的研究。     

多层介质高反膜界面电场强度调控与光散射特性

为了降低高精密使用场合下多层介质高反射薄膜的表面散射,首先从多层介质薄膜双向反射分布函数（BRDF）出发,理论分析了双向反射分布函数与薄膜界面电场强度的关系。在入射光为正入射且中心波长632.8nm处的反射率大于99%的要求下,采用SiO₂、Ta₂O₅两种材料设计了膜系G/（HL）8/A和膜系G/（HL）8 H/A,并分析了两种膜系界面的电场强度分布。然后以膜系G/（HL）8 H/A界面的电场分布为基础对场强进一步优化,得到了膜系G/（HL）60.4L1.6H1.5L0.5H/A。理论计算了正入射条件下三种膜系的双向反射分布函数,发现当散射角为-45°～45°时,膜系G/（HL）6 H0.4L1.6H1.5L0.5H/A表面的BRDF小于膜系G/（HL）8/A和膜系G/（HL）8 H/A。同时计算了三种膜系表面的总散射损耗（S）,与膜系G/（HL）8/A和膜系G/（HL）8 H/A相比,优化膜系G/（HL）6 H0.4L1.6H1.5L0.5H/A的S降低了91.44%、37.98%。实验验证了利用膜层界面电场强度调控薄...     

电脉冲诱发电阻记忆氧化物多层膜的TEM研究

研究表明在LaAIO（LAO）上生长YBCO并在其上生长Pr0.7Ca0.3MnO（PCMO）构成的多层膜具有电脉冲旅发电阻记忆特性。但对这种多层膜的显微结构却尚无研究。本文利用高分辨电子显微术对上述多层膜结构进行了原子级的表征，为解释其物性提供了有价值的信息。     

外延BiFeO3薄膜的TEM显微结构表征

外延BiFeO3薄膜中丰富的结构与特殊的性能一直是近年来研究的热点.显微结构的研究不仅可以帮助人们进一步认识BiFeO3的结构信息,还可以帮助人们深入了解BiFeO3结构与性能间的关系,开拓新的应用领域.本文利用球差校正高分辨透射电子显微镜对外延在LaAlO3过渡层/Si基底上的BiFeO3薄膜进行研究.通过原子尺度的定量分析,在应力状态复杂区域观察到类菱方相、应力释放后恢复的菱方相以及拉应力状态下c/a值小于1的类菱方相,并在该区域观察到109°铁电畴,且畴间存在4.4°的畸变夹角.还观察到比较大的c/a比.     

BiFeO3薄膜中的电学输运性质

报道了铁酸铋薄膜样品在80K~300K温度范围直流电学输运性质的研究结果.利用同一前驱体不同老化时间,用化学溶液沉积法在钛酸锶衬底上制备出两种样品.在低阻样品中,低场下电流随电压变化遵从欧姆定律,电阻不随温度变化;而在中等强度外场下显示出肖特基二极管性质.在高阻样品中,低场下电流密度沿晶界分布,输运中的势垒能级为0.57eV;高场下电流的传输则遵从Frenkel-Poole模型,相关势垒能级0.12eV.低阻和高阻两种样品在85K温度下可测最大剩余极化分别为2.6μC/cm2和28.8μC/cm2.     

Sol-gel法制备SrTiO_3薄膜的电阻开关性能研究

采用sol-gel法制作了28nm厚的SrTiO3薄膜和Au/SrTiO3/LaNiO3/Si(100)三明治结构的器件,并研究其物理性能。结果显示:室温下,用直流电压可以使薄膜的电阻在高低阻态间进行转换。最大的电阻变化率约为10309。对I-V特性的分析,发现在高阻态时,有空间电荷限制电流机制(SCLC)和肖特基势垒导电机制存在。应用在高场区有非对称电子陷阱中心的空间电荷限制电流理论,解释了这种电阻开关现象。     

Ag/La_(0.67)Sr_(0.33)MnO_3薄膜电阻开关特性的研究

采用脉冲激光沉积技术在SrTiO3(001)单晶衬底上制备出钙钛矿结构La0.67Sr0.33MnO3薄膜,利用X射线衍射仪与原子力显微镜表征其晶体结构与微观形貌,并对Ag/La0.67Sr0.33MnO3/SrTiO3结构的室温电脉冲诱发可逆变阻效应进行了分析讨论。该效应表现出良好的非挥发多值存储特性,有望应用于新型存储器、传感器、可变电阻等电子元器件的研制。     

高密度BiFeO3陶瓷的制备与介电性能

采用固相烧结法制得了不同粒径的铁酸铋(BiFeO3)粉末,随后,采用混杂工艺与放电等离子烧结技术(SPS)结合的方法对BiFeO3单相粉末进行二次烧结,制得了BiFeO3陶瓷.研究了所制陶瓷的介电性能.结果表明,所制BiFeO3陶瓷具有很好的相组织及致密的结构,其相对密度达到97.3%,压电系数d33为13.6 pC/...     

(1–x)BiFeO3-xBaTiO3陶瓷的结构与电学性能研究

采用固相反应法制备了(1–x)BiFeO3-xBaTiO3多晶陶瓷样品,研究了 BaTiO3添加对 BiFeO3陶瓷结构、电学性能的影响。结果表明:当 x 由 0 增加到 0.4 时,样品的相结构由三方钙钛矿结构逐渐转变为立方结构,杂相有效消除;漏电流密度从 1.1×10–5A·cm–2下降至 1.1×10–7A·cm–2,相对介电常数提高了 2.6 倍,剩余极化强度增加了近 20 倍。     

BiFeO_3掺杂对CaCu_3Ti_4O_(12)陶瓷结构和介电性能的影响

采用固相反应法制备了BiFeO3掺杂的CaCu3Ti4O12(CCTO)陶瓷,研究了BiFeO3掺杂量对CCTO陶瓷的烧结性能、晶体结构和介电性能的影响。结果表明,BiFeO3掺杂改善了CCTO陶瓷的烧结性能。随BiFeO3掺杂量的增加,CCTO陶瓷的晶格常数和εr均先增大而后减小;而tanδ先几乎不变而后增大。当x(BiFeO3)为0.5%,1040℃烧结的CCTO陶瓷样品在1kHz时具有巨介电常数(εr=14559)和较低的介质损耗(tanδ=0.12)。     

溶胶-凝胶工艺制备SrTiO3纳米薄膜的研究

采用溶胶-凝胶方法,以醋酸锶、钛酸四丁酯为前驱体,乙酰丙酮为螯合剂,乙二醇甲醚为溶剂,乙酸为助溶剂和催化剂制备溶胶,用旋涂法在Si(100)衬底上制备出了具有典型钙钛矿型结构的SrTiO3纳米薄膜.用XRD、AFM、SEM和椭圆偏光仪等手段分析了薄膜的性能,结果显示薄膜的表面均匀、无裂纹、厚度20～30nm,折射率1.75～1.85,晶粒度35～60nm,表面平均粗糙度RMS为3.4～3.8 nm,晶粒形貌呈类圆锥形态.