含NiTi阻挡层的硅基(La0.5Sr0.5)CoO3/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3/(La0.5Sr0.5)CoO3铁电电容器异质结

应用磁控溅射法制备的非晶NiTi薄膜作阻挡层,在Si (100)衬底上构造了(La0.5Sr0.5)CoO3/ Pb(Zr0.4Ti0.6)O3/(La0.5Sr0.5)CoO3(LSCO/PZT/LSCO)铁电电容器异质结,研究了Pb(Zr0.4Ti0.6)O3铁电薄膜的结构和物理性能.实验发现LSCO/PZT/LSCO铁电电容器具有良好的电学性能,在417kV/cm的驱动场强下,PZT铁电电容器具有较低的矫顽场强(125kV/cm)和较高的剩余极化强度(19.0μC/cm2),良好电容-电压特性(C-V)和保持特性,铁电电容器经过1010次反转后,极化强度没有明显下降,表明了非晶NiTi薄膜可以用作高密度硅基铁电存储器的扩散阻挡层.     

LaNiO3缓冲层对化学溶液法制备的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3薄膜的结构与电学性能的影响

采用化学溶液法在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上制备了92;Pb(Mg1/3/Nb2/3)O3-8;PbTiO3(PMNT)薄膜,对于在衬底上引入缓冲层LaNiO3(LNO)和没有引入缓冲层LNO所制备的PMNT薄膜结构及电学性能进行了比较和研究.x射线衍射测试结果表明:直接在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上所制备的PMNT薄膜含有大量的烧绿石相,且薄膜呈现高度的(111)择优取向;而当在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上引入LNO缓冲层后,所制备的PMNT薄膜是纯钙钛矿相,且薄膜呈现(100)择优取向.通过铁电和介电性能测试表明:当在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上引入缓冲层LNO后,所制备的PMNT薄膜的剩余极化和介电常数也都得到了较大提高.     

溶胶-凝胶法制备LaNiO3薄膜及其电学性能研究

采用溶胶-凝胶法在SiO2/Si衬底上制备了LaNiO3薄膜,并通过改变退火温度和薄膜厚度对其微结构和电学性能进行了表征测试.X射线衍射(XRD)和电阻率测试结果表明,随着退火温度和厚度的增加,LaNiO3薄膜的结晶质量明显提高,薄膜电阻率也逐渐下降.当退火温度为800℃时,厚度为630 nm的LaNiO3薄膜电阻率最小,达到了1.37 mQ·cm.此外,利用LaNiO3薄膜作为下电极制备的2; Nb-Pb(Zr06Ti0.4)O3薄膜呈良好的钙钛矿相结构,且经过1010铁电循环测试周期以后,2; Nb-Pb(Zr06Ti0.4)O3薄膜的铁电性能未出现明显下降,表明该LaNiO3薄膜是生长PNZT铁电薄膜的优良下电极材料.     

Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3压电陶瓷的介电、铁电和压电性能

采用两步法制备了0.30Pb(In1/2 Nb1/2)O3-(0.70-x)Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PIN-PNN-PT,x=0.33,0.35,0.37,0.39)压电陶瓷.研究了PIN-PNN-PT压电陶瓷的相结构、介电、铁电和压电性能.研究表明位于准同型相界(MPB)的组分0.30PIN-0.33PNN-0.37PT具有最佳电学性能,其居里温度TC、压电系数d33、平面机电耦合系数kp、自由介电常数ε二介电损耗tanδ、剩余极化Pr、矫顽场EC分别为200℃、386 pC/N、50;、2692、0.045、34 μC/cm2、18 kV/cm.结果 显示PIN-PNN-PT三元系相比于PNN-PT有更高的居里温度,同时保持了优异的压电性能.     

三元铁电单晶Pb(Yb1/2Nb1/2)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3生长及性能表征

采用高温助熔剂法首次成功生长出了Pb(Yb1/2Nb1/2) O3-Pb(Zn1/3Nb2/3) O3-PbTiO3 (PYZNT)三元铁电单晶,并对晶体组分、介电、铁电和压电性能进行了研究.结果表明,晶体为纯三方钙钛矿相,实际组分为0.68PYN-0.22PZN-0.1PT.分别对晶体的介电,铁电和压电性能进行研究.介电常数ε'和介电损耗tanδ对温度和频率表现出典型的弛豫行为.晶体的居里温度TC为80℃.由于反铁电体PYN含量较高,晶体具有非常大的矫顽场,在100kV/cm的外电场条件下极化还不能反转,因而无法得到饱和的电滞回线.在未极化条件下,测得晶体的压电常数d33为78 pC/N.     

含Ni-Nb阻挡层的硅基Pb(Zr0.4,Ti0.6)O3电容器的制备及铁电性能研究

采用Ni-Nb薄膜作为导电阻挡层,以La0.5Sr0.5CoO3(LSCO)为底电极,构建了LSCO/Pb(Zr0.4,Ti0.6)O3(PZT)/LSCO异质结电容器。使用X射线衍射仪和铁电测试仪对其进行结构表征和性能测试。实验发现:Ni-Nb薄膜为非晶结构,PZT薄膜结晶状况良好。LSCO/PZT/LSCO电容器在5 V外加电压测试下,电滞回线具有良好的饱和趋势,剩余极化强度Pr为35.5μC/cm2,矫顽电压Vc为1.42 V,电容器具有良好的抗疲劳特性和保持特性。     

La3+掺杂对Pb(Lu1/2Nb1/2)O3反铁电单晶储能性能的影响

采用顶部籽晶法生长了La3+掺杂Pb(Lu1/2Nb1/2)O3(PLN)反铁电单晶,晶体组分简写为xLa-PLN(x=1;、3;、5;),并详细研究了La3+掺杂对PLN晶体储能性能的影响.通过ICP测试了不同配比晶体的实际掺杂比例,分别为0.3;、1.1;、2.9;.XRD显示该晶体体系为正交相钙钛矿结构,且存在两套超晶格衍射点阵,分别由A位铅离子反平行排列和B位离子有序排列导致.介电温谱给出了晶体的介电常数、介电损耗随温度和频率的变化规律,不存在弥散相变.变温电滞回线显示,该体系均表现出典型的双电滞回线特性,且随着La3+含量的增加,有效储能密度逐渐增大,最高储能密度达到5.1 J/cm3.这主要是由于La3+掺杂导致体系的容忍因子下降,从而增强了反铁电稳定性,最终提高了PLN体系的能量存储密度.     

(La0.5Sr0.5)CoO3为电极的Pb(Zr0.4Ti0.6)O3和Pb(Zr0.2Ti0.8)O3铁电电容器结构及电学性能

分别采用磁控溅射法和溶胶-凝胶法(Sol-gel)制备了(La0.5Sr0.5)CoO3(LSCO)和Pb(Zr1-xTix)O3(PZT)薄膜,在Pt(111)/Ti/SiO2/Si基片上构架了LSCO/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT(40/60))/LSCO和LSCO/Pb(Zr0.2Ti0.8)O3(PZT(20/80))/LSCO铁电电容器,研究了两种铁电电容器的结构和性能。XRD结构分析表明:两种四方相的不同Zr/Ti比例的PZT薄膜均为结晶良好的多晶钙钛矿结构。在5 V测试电压下,LSCO/PZT(40/60)/LSCO和LSCO/PZT(20/80)/LSCO两种铁电电容器的剩余极化强度(Pr)和矫顽场(Ec)分别为:28μC/cm2和1.2 V以及32μC/cm2和2 V。相对于PZT(40/60),PZT(20/80)具有较大的剩余极化强度和矫顽场,是由于其矩形度(c/a)较大。两种电容器都具有较好的脉宽依赖性和抗疲劳性。在5 V的测试电压下,LSCO/PZT(40/60)/LSCO电容器的漏电流密度为3.2×10-5A/cm2,LSCO/PZT(20/80)/LSCO电容器的漏电流密度为3.11×10-4A/cm2,经拟合分析发现:在0～5 V的范围内,两种电容器都满足欧姆导电机制。     

La0.5Sr0.5CoO3/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3/La0.5Sr0.5CoO3铁电电容器的结构和性能研究

采用磁控溅射法和脉冲激光沉积法,在SrTiO3(001)衬底上制备了La0.5Sr0.5CoO3(70 nm)/Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(70 nm)/La0.5Sr0.5CoO3(70 nm) (LSCO/PZT/LSCO)铁电电容器异质结.X射线衍射结果表明:LSCO和PZT薄膜均为外延结构.在5 V的外加电压下, LSCO/PZT/LSCO电容器具有较低的矫顽电压(0.49 V),较高的剩余极化强度(41.7 μC/cm2 )和较低的漏电流密度(1.97×10-5 A/cm2),LSCO/PZT/LSCO电容器的最大介电常数为1073.漏电流的分析表明:当外加电压小于0.6 V时,电容器满足欧姆导电机制;当外加电压大于0.6 V时,符合空间电荷限制电流(SCLC)导电机制.     

[001]c极化0.93Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.07PbTiO3单晶中声表面波传播特性

利用室温下弛豫铁电单晶0.93Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.07PbTiO3的材料参数,计算了[001]c极化PZN-7; PT晶体中的声表面波传播特性.结果表明,[001]c极化0.93Pb(Zn1/3Nb2/3) O3-0.07PbTiO3单晶具有明显优于传统压电材料的声表面波特性.0.93Pb(Zn1/3Nb2/3) O3-0.07PbTiO3单晶的声表面波特性随着传播方向发生明显的变化.综合考虑晶体的三种声表面波特性,发现Y切型晶体的综合声表面波性能最好,声表面波机电耦合系数k2值较大,能流角和声表面波自由表面相速度值较小,有望应用于下一代低频声表面波设备中.     

Pb(Sc1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3弛豫铁电晶体的生长及表征

采用高温溶液法生长了准同型相界(MPB)四元弛豫铁电单晶Pb(Sc1/2Nb1/2) O3-Pb(Mg1/3 Nb2/3)O3-PbTiO3-PbZrO3,得到较大尺寸且具有规则外形的立方单晶.研究结果表明所生长的晶体为钙钛矿结构,立方晶粒平整的暴露面均为(001)面;晶体以层状方式生长,生长机制为搭桥生长;所生长晶体的矫顽场Ec～3.52kV/cm,三方四方相变温度Tr-t～104℃,居里温度Tc～149.5℃,压电常数d33～1089 pC/N,剩余极化强度Pr～25.4 μC/cm2;随着频率增加,晶体的相变弥散度减小.     

Ba(Co1/3Nb2/3)O3微波介质陶瓷预烧温度研究

采用传统固相法制备Ba(Co1/3Nb2/3)O3微波介质陶瓷。研究了预烧温度对其物相组成、显微结构、烧结性能、微波介电性能的影响。结果表明:在不同预烧温度下制备的陶瓷样品主晶相为复合钙钛矿结构的Ba3CoNb2O9,900℃、1000℃有微量Ba3Nb5O15生成。最佳预烧温度为1100℃,在1380℃烧结4 h时,εr=31.8,Q×f=60164GHz,τf=-15×10-6/℃。合适的预烧温度能有效抑制第二相的生成,提升材料致密度,促使主晶相B位有序排列,进而降低介电损耗。     

Nb2O5掺杂对Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3陶瓷组织与性能的影响

采用固相烧结法制备Nb2O5掺杂的Pb(Mg1/3Nb2/3) O3-PbZrO3-PbTiO3+ 0.5mol; ZnO(PMN-PZT)压电陶瓷,研究了不同Nb2O5掺杂量对材料结构及压电介电性能的影响.实验结果表明,随着Nb2O5掺杂量的增加(0～1 mol;),PMN-PZT陶瓷的晶界强度提高,断裂模式由沿晶断裂逐渐转变为穿晶断裂,而且陶瓷的压电介电性能升高.当Nb2O5掺杂量为1mol;时,1250℃烧结的陶瓷样品性能参数为:d33=430 pC/N,Qm=60,kp=0.52,kt=0.38,εr=3620,tanδ=0.017.     

Investigation on growth defects in Pb(Zn1/3Nb2/3)O3‐PbTiO3 crystals

Relaxor ferroelectric crystal (1‐x)Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃‐xPbTiO₃ (PZNT) with x=0.07 (PZNT93/7) has been grown by the vertical Bridgman method from the high temperature solution of PZNT‐PbO system. The growth defects, such as nucleation core, inclusions, boundaries and particles, were investigated by optical microscope and scanning electron microscope. Sub‐structures were found in the flux inclusions and the lack of ZnO component in PZNT crystals was attributed to the existence of ZnO particles in the inclusions. (© 2006 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.33PbTiO3晶体三方相的压电性能研究

以坐标系二次旋转为理论基础研究了PMN-0.33PT晶体三方相的常用压电模量d15、d24、d31、d33、d36和机电耦合系数k15、k24、k31、k33、k36在三维空间的变化规律.通过MATLAB编程求得以上各系数关于坐标系旋转角度的函数表达式,绘制出了它们的三维空间分布图,并一一求得这些系数的最大值,以及与最大值相对应的旋转角.发现除d33和k33外,d31、d36、k31和k36也在空间变化显著.d31和k31旋转后的最大值比原坐标系下的数值分别扩大了15倍和6倍,对应的旋转角分别为(-4.5°/90°)、(22.5°/270°).d36 和k36在原坐标系下不存在,经旋转后的最大值可分别达到1340 pC/N 和0.73.该研究结果对PMN-0.33PT晶体在压电传感器、换能器中的应用具有重要的理论价值.     

液相外延生长Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3膜及生长机理研究

采用PbO作助溶剂,我们在钛酸锶(STO)衬底上用液相外延方法生长了一层具有特定取向的PZNT岛状外延膜,并通过引入c轴取向的PZT过渡层后,使原来的岛状三维生长转变为二维生长,显著改善了外延膜的质量,获得了几个微米厚、较完整的PZNT膜.实验证明:在氧化镁和铝酸镧(001)基片以及STO(110)/(111)衬底上,PZNT晶粒以自发形核为主,外延生长膜主要呈现岛状形貌;取STO(001)衬底,膜颗粒取向一致性好,并可获得完整的PZNT膜.     

(Na1/2Bi1/2)TiO3-(Na1/2Bi1/2)(Zn1/3Nb2/3)O3无铅压电陶瓷的介电特性研究

采用固相合成法制备了(1-x)(Na1/2Bi1/2)TiO3-x(Na1/2Bi1/2)(Zn/23Nb2/3)O3(简写为(1-x)NBT-xNBZN)无铅压电陶瓷.研究了该体系陶瓷晶体结构、弥散相变特征与介电弛豫行为.X射线衍射分析表明,所研究的组成均能够形成纯钙钛矿(ABO3)型固溶体.当x≥0.5%摩尔分数时,该体系陶瓷具有三方、四方共存的晶体结构.材料的介电常数-温度曲线显示陶瓷具有两个介电反常峰Tf和Tm.修正的居里-外斯公式较好的描述了陶瓷弥散相变特征,弥散指数随x的增加而增加.x≤0.5%摩尔分数的陶瓷仅在低温介电反常峰Tf附近表现出明显的频率依赖性,随x的增加,陶瓷材料在室温和低温介电反常峰Tf之间都表现出明显的频率依赖性.根据有序-无序转变和宏畴.微畴转变理论探讨了该体系陶瓷介电弛豫特性的机理.     

ε-(AlxGa1-x)2O3/ε-Ga2O3异质结电子输运性质研究

Ga₂O₃是一种新兴的宽带隙半导体,在电力和射频电子系统中具有潜在的应用前景。前期研究以β-Ga₂O₃为主,并且已经对β-(Al_xGa_1-x)₂O₃/Ga₂O₃异质结构中的二维电子气(2DEG)进行了理论计算,本文主要研究ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃作为势垒层对ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃/ε-Ga₂O₃异质结电子输运性质的影响,首先介绍了ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃/ε-Ga₂O₃异质结的结构和性质,分析计算了由于ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃/ε-Ga₂O₃异质结的自发极化和压电极化所产生的极化面电荷密度,以及极化对2DEG浓度产生的影响,接着分析了在不同Al摩尔组分下,ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃势垒层厚度与合金无序散射、界面粗糙度散射和极性光学声子散射之间的关系。最后通过计算得出结论:界面粗糙度散射和极性光学声子散射对ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃/ε-Ga₂O₃异质结的电子输运性质有重要影响,合金无序散射对异质结的输运性质影响较小;2DEG浓度、合金无序散射、界面粗糙度散射和极性光学声子散射的电子迁移率强弱由ε-(Al_xGa_1-x)₂O₃势垒层的厚度和Al摩尔组分共同决定。