钛酸锶钡(BST)薄膜的介电性能机理研究进展

钛酸锶钡 (BST)薄膜是一种重要的铁电薄膜 ,应用广泛 ,是高新技术研究的前沿和热点之一。简要介绍BST薄膜的制备方法和应用 ,重点讨论BST薄膜的极化、电压非线性、漏电流的机理、表征及影响因素 ,并综述了铁电薄膜的疲劳机制和消除疲劳措施等方面的研究进展 ,提出了研究中需要解决的一些问题     

TGS和GTGS热释电晶体的热力学模型模拟曲线

通过热力学推导,建立了零电场下热释电晶体的极化与温度的方程。由热释电系数的定义,对热释电晶体的极化方程对温度求导,得出由热力学模型建立的热释电方程。并对热释电晶体硫酸三甘氨酸（TGS）和掺胍TGS（GLTGS）的实验曲线进行了模拟,该理论基本符合。     

双轴应变对纤锌矿GaN、AlN、InN及其合金电子有效质量的影响

利用第一性原理计算方法密度泛函理论的局域密度近似计算了纤锌矿氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)及其合金在双轴应变下的电子有效质量.对于GaN和AlN,张应变使电子有效质量增大而压应变使电子有效质量减少,但却使InN电子有效质量在张应变和压应变下都增大.由于三元合金(AlxGa1-xNx InxGa1-xN和AlxIn1-xN)与GaN异质结的新颖特性,同时计算了三元合金在松弛和应变下电子有效质量的变化趋势.受制于GaN基板的平面应力,外延AlxGa1-xN和AlxIn1-xN电子有效质量将减少,而InxGa1-xN电子有效质量增大,且随着In含量变大而更显著.对铟氮化合物应变下电子有效质量异常的机制也做了讨论.     

高性能微波陶瓷材料应用研究

利用化学方法制备出高纯亚微米级BaCO3,MgO，钽酸镁及纳米级钽镁酸钡粉体，解决了TaCl5溶解问题，通过原材料提纯及细化，粉体晶型控制，实现了高性能微波陶瓷原材料的国产化。采用搅拌球磨等静压成型，烧结后期热处理等工艺，研制出Q0值高，工作频率高，温度稳定性好的高性能钽镁酸钡微波陶瓷材料；突破了烧结过程中成分挥发，离子序化及杂相控制等关键技术，采用简化波法进行介质谐振器设计，配合机械精加工工艺制作的介质谐振器工作频率高，频率一致性好，互换性高。该项目研制的高性能微波陶瓷材料及高Q0介质谐振器已成功地得到应用，取得了良好的应用效果。     

化学镀镍液自动分析仪的研制

采用连续流动分光光度的原理研制出了化学镀镍工艺过程镀液中硫酸镍和次磷酸钠在线自动分析仪,通过对标准硫酸镍和次磷酸钠浓度的测试得出了浓度与吸光度关系的回归方程.对不同镀液的测试,自动分析仪的标准偏差小于2%,与化学分析方法相比的误差小于3%,并可将分析时间缩短至6min.     

PST陶瓷的微结构和电性能研究

研究了Pb含量对PbxSr1-xTiO3（x=0．2～0．8）陶瓷微结构和介电性能的影响，当x＜0.45时，c/a≈1，晶体为立方顺电相；x≥0．45时，c/a＞1，晶体为四方铁电相；随着Pb/Sr比增大，PST陶瓷气孔率下降，致密度增加，晶粒尺寸逐渐增大，居里峰近似线性地向高温方向移动，并具有一致的居里外斯常数，剩余极化强度（Pt）、矫顽场强（Ec）都增大。     

钛酸锶钡(BST)薄膜的组成、结构与性能研究进展

钛酸锶钡 (BST)薄膜是一种重要的铁电薄膜 ,应用广泛 ,是高新技术研究的前沿和热点之一。简要介绍了BST薄膜的制备方法和应用 ,对此薄膜的基片、电极、晶界、界面、热处理、膜厚及组成、结构、性能等方面作了重点讨论 ,提出了研究中需要解决的一些问题     

BST薄膜非线性特性及机理研究

钛酸锶钡(BaxSr1-xTiO3,简称BST)薄膜具有非线性强、漏电流小、居里温度可调等特点,因而在介质移相器、压控滤波器等方面有着广泛的应用前景。笔者对BaxSr1-xTiO3(x=0.45~0.90)系列陶瓷的晶体结构和介电性能、膜厚均匀性控制、BST薄膜的微结构(包括组成、晶体结构和电畴等)和介电非线性尺度效应、铁电薄膜介电非线性模型、薄膜型介质移相器的设计和制作等重要问题进行了研究,取得了以下研究结果:通过研究靶基中心不重合的磁控溅射系统,建立了平面磁控溅射膜厚分布的数学模型,提出了采用T=∫Ld(x,y)ds=∫0td(ξ(t),ψ(t))ξ'2(t)+ψ'2(t)dt来描述靶基中心不重合的平面磁控溅射的膜厚分布情况。在靶基距为72mm、公自转转速比为5.3的条件下,采用自行设计的射频磁控溅射设备和φ100mm靶材制备的BST薄膜膜厚均匀性偏差为2.8%。采用压电力显微镜(PFM)研究了BST薄膜中电畴的类型和尺寸。不仅证实BST薄膜中存在90°铁电畴,而且确定了BST薄膜由多畴转变为单畴结构的晶粒临界尺寸(单畴临界尺寸)为31nm左右。通过研究BST薄膜的介电非线性尺度效应,发现晶粒尺寸和膜厚对薄膜的介电非线性具有重要的作用。随着晶粒尺寸和膜厚的增加,BST薄膜的介电系数、介电系数变化率都逐渐增大。晶粒尺寸对单畴态薄膜的介电系数电压变化率和矫顽场强影响特别显著,而对多畴态薄膜的介电系数电压变化率和矫顽场强影响不明显。在上述实验研究的基础上,对铁电材料的介电非线性机理进行了研究。首先,从简单、实用的角度出发写出表征P(E)和ε(E)非线性的数学多项式,根据介电偏压特性曲线和电滞回线的特征值和连续性原理,给出边界条件和初始条件,解出表达式中的各项系数,从而建立了铁电晶体的介电非线性模型。然后,采用理想的晶粒–晶界几何模型,画出铁电陶瓷材料的等效电路,引入晶粒和晶界的大小,从而建立了铁电陶瓷的介电非线性模型。再采用理想二极管等效界面势垒,得到薄膜型平板电容器等效电路,引入膜厚和界面厚度两个尺度变量,从而建立了铁电薄膜的介电非线性模型。最后,利用文献的数据和曲线对模型进行了验证,模拟得到的曲线与实验得到的曲线变化趋势基本一致,表明该模型可以较好地解释铁电材料(包括陶瓷和薄膜)的介电非线性特性及其随晶粒大小、膜厚和界面厚度等尺度变化的规律。对薄膜型介质移相器的设计、制作和测试进行了研究。采用ADS和HFSS软件进行仿真,设计出了分布式电容负载型铁电薄膜介质移相器的电路结构和各部分的尺寸;采用改进的剥离工艺,制作出了电极线条整齐的铁电薄膜介质移相器;采用矢量网络分析仪,在频率为35GHz、控制电压为40V条件下,测得介质移相器的移相度为180°,插损为9.7dB。     

BeO陶瓷基片表面平整化改性工艺研究

采用在BeO陶瓷基片表面被覆玻璃釉的方法实现基片表面的平整化改性,并利用台阶测试仪、扫描电子显微镜(SEM)等手段研究不同烧结制度对被釉基片表面粗糙度的影响。实验结果表明,相较于抛光处理的BeO陶瓷基片的轮廓平均偏差和算数均方根偏差值分别为62.8nm和141.9nm,被釉平整化改性的BeO陶瓷基片的参数值可分别降至18.2nm和24.9nm,可实现高效率、低成本的BeO陶瓷基片平整化改性。     

MgO掺杂对ZnO基线性电阻陶瓷性能的影响

以ZnO为基添加Al2O3和MgO制备了导电陶瓷;研究了MgO掺杂含量对ZnO陶瓷电阻率、电阻温度系数和相对密度的影响;测试分析了ZnO导电陶瓷在室温小电流时的伏安特性.结果表明,ZnO-Al2O3-MgO系陶瓷具有线性的伏-安(V-I)特性;添加MgO能增大电阻率且可改善电阻温度系数,当x(MgO) =5％时,小电流电阻率为178 Ω·cm,电阻温度系数为－1.5×10-3/℃;适量的MgO含量有利于烧结致密化.