sol-gel法制备BiLaFeO3薄膜及其电性能

用sol-gel方法在LaNiO3包覆的Si衬底上制备了(010)择优取向的BiFeO3以及Bi0.95La0.05FeO3薄膜,XRD分析结果表明,通过La的掺杂BiFeO3的择优取向度由77.0%增加到96.6%;铁电性的测试表明,通过La掺杂,使薄膜的介电性和铁电性得到了增强,剩余极化强度由0.15×10–6C/cm2增加到0.2×10–6C/cm2。     

(110)取向BiFeO3薄膜界面诱导结构特性研究

在正交(010)取向的GdScO₃衬底上设计并生长了(110)取向BiFeO₃薄膜和PbTiO₃/BiFeO₃双层膜,并利用像差校正扫描透射电子显微镜对其界面结构进行了细致的研究。发现在BiFeO₃/GdScO₃界面以上两个单胞范围内BiFeO₃的极化消失,可能形成了正交结构,第3～4个单胞范围的BiFeO₃极化由于界面效应而受到一定的抑制;同时发现在PbTiO₃/BiFeO₃界面附近的PbTiO₃面外晶格参数有所减小,这可能与其极化方向转向面内方向有关。     

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。     

铁电薄膜与器件的电特性及辐射效应

本文详细讨论了铁电电容和器件的电极化特性的研究方法及其电极化特性的辐照效应。     

ZnO过渡层对BiFeO_3薄膜铁电性能的影响

采用溶胶–凝胶法,在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)衬底上采用逐层退火工艺制备了BFO(BiFeO3)、ZnO/BFO和ZAO(掺铝氧化锌)/BFO薄膜,研究了ZnO、ZAO过渡层对BFO薄膜晶相以及铁电、漏电和介电性能的影响。结果表明:与BFO薄膜相比,ZnO/BFO薄膜的表面更加致密、平整,结晶性更好,双剩余极化强度(2Pr)有非常大的提高,漏电和介电性能也均有改善。ZAO/BFO薄膜的铁电性能比ZnO/BFO薄膜的铁电性能差,这与ZAO的导电性强于ZnO有关。     

PLD法生长Al2O3基ZnO薄膜的特性

在不同衬底温度下,用脉冲激光沉积法(PLD),在Al2O3(0001)平面上生长了ZnO薄膜。研究了衬底温度对其结晶质量、电学性质以及发光性质的影响。结果显示:XRD在2θ为34°处出现了唯一的ZnO(0002)衍射峰;ZnO薄膜的电阻率随衬底温度的升高而增大;在衬底温度为500℃时,出现了位于410nm附近的特殊的光致发光(PL)峰。     

铁电态-顺电态双层薄膜的高介电调谐

基于Landau-Devonshire自由能理论建立了热力学模型,对生长在(001)SrTiO3衬底上的PbZr0.4Ti0.6O3(PZT)/SrTiO3(STO)双层异质外延结构铁电薄膜以及不受约束的双层薄膜的介电响应与调谐率进行了研究。结果表明,在两层薄膜为无约束的自由薄膜情况下,STO厚度占双层薄膜总厚度的百分比为30%时,相对介电响应达到最大值约3.3×105,当两薄膜为异质外延结构时,其百分比为51%时,相对介电响应达到最大值约4×105。同时,调谐率还随外加电场的增大而增大,在临界百分比时,调谐率可达到约99%。     

介电层/PbZr_(0.4)Ti_(0.6)O_3/介电层模块的高容量电荷存储

基于Landau-Devonshire自由能理论建立了热力学模型,分析了介电/PbZr0.4Ti0.6O3/介电三层结构的临界厚度分数与介电层介电常数的关系,进而得出电荷存储容量。结果表明:当介电层厚度所占比例达到临界值时,具有较高的电荷存储容量。介电层的εr越大,介电层临界厚度分数λm越大,平均介电响应越小,内电场诱导的介电层极化强度越大。对于SiO2/PbZr0.4Ti0.6O3/SiO2其λm约0.37%,介电响应约–2.42×104。     

La掺杂对BLT薄膜微观结构与性能的影响

采用sol-gel工艺低温制备了Si基Bi4–xLaxTi3O12(BLT)铁电薄膜。研究了La掺杂量对薄膜微观结构、介电和铁电性能的影响。结果表明,600～650℃退火处理的BLT薄膜表面平整无裂纹,晶粒均匀,无焦绿石相或其它杂相,薄膜为多晶生长;La掺杂量x在0.5～0.85的BLT薄膜介电与铁电性能优良,其εr和tanδ分别介于284～289和(1.57～1.63)×10–2,4V偏压下薄膜的漏电流密度低于10–8A/cm2,Pr可达(13.0～17.5)×10–6C/cm2,Ec低至(102.5～127.8)×103V/cm。     

(Pb1-xSrx)TiO3系铁电薄膜的极化反转特性

采用磁控溅射技术在Si基底上制备了(Pb1-xSrx)TiO3(简称PST)铁电薄膜,采用双极性、双脉冲方波电压测试了其极化反转特性。测试结果表明,所制备的PST铁电薄膜的电流密度峰值达10-4A/mm2量级,开关时间可达1.0 ms左右,极化反转特性较好,有望未来在Si基集成单片红外探测焦平面阵列研制中加以应用。     

Mechanically Driven Reversible Polarization Switching in Imprinted BiFeO3 Thin Films

Mechanically driven polarization switching via scanning probe microscopy provides a valuable voltage-free strategy for designing ferroelectric nanodomain structures. However, it is still challenging to realize reversible polarization switching with mechanical forces. Here, the mechanically driven reversible polarization switching observed in imprinted ferroelectric BiFeO₃ thin films is reported, i.e., up-to-down switching by a sharp scanning tip and down-to-up switching by a blunt tip. Free energy calculations, phase-field simulations, and piezoresponse force microscopy reveal that reversible mechanical switching arises from the interplay among the flexoelectric effect, the piezoelectric effect, and the internal upward built-in field in BiFeO₃ films. This study gains a deeper insight into the mechanism and control of mechanically driven polarization switching, and provides guidance for exploring potential ferroelectric-based electro-mechanical microelectronics.     

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.     

无机sol-gel法制备二氧化钒薄膜的研究

采用无机sol-gel法,以分析纯V2O5为原料,在Si衬底、玻璃衬底上空气中加热制备了V2O5薄膜,在不同温度下真空退火,得到了具有择优取向的VO2薄膜。研究了其制备工艺和显微结构。结果表明:在玻璃衬底和硅衬底上薄膜的最佳真空退火工艺均为480℃/2h。所制备的VO2薄膜具有沿<110>晶向生长的择优取向。薄膜表面形貌良好,颗粒尺寸分布均匀。     

sol-gel法制备BST薄膜及介电调谐性能

采用sol-gel法制备了Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜。探讨了溶胶中醋酸和乙二醇用量对BST晶化温度和物相的影响,配制出了晶化温度低且无杂相的BST溶胶,对比了退火升温速率对BST薄膜形貌的影响。发现在低速率升温条件下生长的薄膜致密、均匀一致,无气孔、裂纹。测试了薄膜的介电调谐性能,在室温1 MHz下,BST薄膜的εr、tanδ和T分别为592,0.025和42%。     

中频交流磁控溅射制备AZO薄膜及退火工艺

以锌铝合金为靶材,采用工业生产设备,用中频交流磁控溅射法在玻璃衬底上制备出了铝掺杂氧化锌(AZO)透明导电薄膜,研究了氩氧比、退火温度、退火时间对薄膜结构、光学和电学性能的影响。结果表明,氩气和氧气体积流量比为3:1时常温下得到薄膜的方阻值最低,400℃真空退火1 h后薄膜可见光平均透过率由84.0%上升到86.7%,方阻值由5 000Ω/□下降到108Ω/□。     

一种新型BST薄膜移相器的电路设计

采用铁电材料钛酸锶钡(BST)的薄膜移相器以其成本低廉、响应速度快、频带宽、体积小、重量轻、控制简单等诸多优点而引起关注.本文对BST薄膜移相器的设计模型进行研究分析,提出了一种新型的电路结构,在BST材料移相器的大移相量和尽可能低的损耗一对矛盾中找到一个平衡点.并通过ADS仿真验证了这一新型电路.     

ZnO薄膜的结构与光学性能研究

采用sol-gel法在石英衬底上制备了ZnO薄膜,通过改变溶胶浓度、涂敷层数及退火温度,研究了ZnO薄膜的形貌、结构性能及光学性能。结果表明,薄膜具有六方纤锌矿结构,表面均匀致密,晶粒大小在25～35nm之间,Zn含量为0.8mol/L的溶胶经旋涂并在500℃下退火1h后可获得最高的可见光透射率,平均透射率约为94%。获得的ZnO薄膜的光学带隙在3.27～3.29eV之间。