BIT/PLZT/BIT多层铁电薄膜结构设计及制备的实验研究

为了有效阻止锆钛酸铅镧(PLZT)与半导体界面发生反应和互扩散,根据锆钛酸铅镧和钛酸铋(B IT)各自的铁电性能,提出了一种新的设计思想———多层铁电薄膜.采用脉冲准分子激光淀积(PLD)方法制备了B IT/PLZT/B IT多层铁电薄膜.采用Sawyer-Tower电路测量,其剩余极化强度Pr=34μC/cm2,矫顽场Ec=40 kV/cm.这种结构吸收了锆钛酸铅镧和钛酸铋的优点,提高了铁电薄膜的铁电性能.     

纳米多晶铁的冲击相变研究

利用分子动力学方法研究了不同晶粒度的纳米多晶铁在冲击压缩下的结构相变过程,模拟结果表明:纳米多晶铁的冲击结构相变(由体心立方(bcc)结构 α 相到六角密排(hcp)结构 ε 相)发生的临界冲击应力在15 GPa左右.纳米多晶铁在经过弹性压缩变形后,晶界导致的塑性变形开始发生,然后大多数相变从晶界成核并最终发展为大规模相变.不同变形过程在应力和粒子速度剖面上能得到清晰的体现,并通过微观原子结构分析分辨.冲击压缩后的微观结构以晶界原子和以fcc结构原子充当孪晶界的hcp原子为主.晶粒度明显影响晶界变形及相变 关键词： 冲击相变 纳米多晶铁 冲击波 分子动力学     

参数修改对铁电薄膜相变性质的影响

在关联有效场理论的框架内, 利用微分算子技术, 详细地计算了基于横场伊辛模型描述的对称铁电薄膜系统的相变性质. 根据薄膜各层自旋平均值构成的一系列耦合方程, 推导出可以用来计算任意层的具有不同表面层的薄膜相图的解析通式方程, 讨论了参数修改对薄膜相互作用参数从FPD (铁电相占主导地位的相图)到PPD (顺电相占主导地位的相图)过渡值和参数空间中各相变区域的影响. 在与平均场近似进行比较的结果显示, 关联有效场理论所得到的铁电薄膜的铁电性在某种程度上比平均场近似下的结果减弱. 关键词： 铁电薄膜 横场伊辛模型 相图 居里温度     

基于感光栅极GaN高迁移率晶体管的新型探测器制备与优化（英文）

利用GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅控特性和锆钛酸铅(PZT)铁电薄膜的光伏效应,在HEMT器件的栅极处沉积一层PZT铁电薄膜,提出了一种新型的(光敏感层/HEMT)探测结构.为制备出光伏性能优异的薄膜,对不同的溅射功率和退火温度制备的PZT铁电薄膜进行表面形貌和铁电性能分析.发现200 W溅射功率、700℃的退火温度制备的薄膜表面晶粒生长明显,剩余极化强度为38.0μC·cm-2.工艺制备GaN基HEMT器件并把PZT薄膜沉积到器件栅极上.在无光和365nm紫外光照射下对有、无铁电薄膜的HEMT探测器的输出特性进行测试.结果显示,在光照时,有铁电薄膜的HEMT器件相较于无光时,源-漏饱和电压最多降低3.55V,饱和电流最多增加5.84mA,表明新型感光栅极HEMT探测器对紫外光具有优异的探测效果.为实现对新型探测器的结构进行优化的目的,对栅长为1μm、2μm和3μm等不同栅长的探测器进行光照测试.结果表明,在紫外光照射下,三种探测器的漏极饱和电流分别为23mA、20mA和17mA,所以栅长越长器件的饱和电流越小,探测性能越差.     

Si基Bi3.25La0.75Ti3O12铁电薄膜的制备与特性研究

采用Sol-Gel工艺低温制备了Si基Bi3.25La0.75Ti3O12铁电薄膜.研究了退火温度对薄膜微观结构、介电特性与铁电性能的影响.500℃退火处理的Bi3.25La0.75Ti3O12薄膜未能充分晶化,晶粒细小且有非晶团聚,介电与铁电性能均较差.高于550℃退火处理的Bi3.25La0.75Ti3O12薄膜表面平整无裂纹,晶粒均匀,无焦碌石相或其他杂相,薄膜为多晶生长,具有较好的介电与铁电性能,4V电压下的漏电流密度低于2×10-8A/cm2.随退火温度升高,晶化程度的提升和晶粒尺寸的增大使薄膜的剩余极化增大而矫顽电场降低.600℃退火处理的Bi3.25La0.75Ti3O12薄膜显示了优于Bi4Ti3O12薄膜的铁电性能,其剩余极化Pr和矫顽电场Ec分别达到17.5μC/cm2和102kV/cm.     

体心立方多晶膜中应变能密度的各向异性分析

根据弹性理论和多晶膜的屈服强度公式，计算了附着在基体上体心立方多晶薄膜中不同取向晶粒中的应变能密度.结果表明：1）在屈服之前，对Fe和Ta两种薄膜，4个最小的应变能密度对应的晶粒取向依次为（100），（510），（410）和（511）；对Cr，Mo，Nb和V四种薄膜，4个最小的应变能密度对应的晶粒取向依次为（111），（332），（322）和（221）；对W膜，应变能密度与晶粒取向无关.2）在屈服的体心立方多晶膜中，4个最小的应变能密度对应的晶粒取向依次为（100），（111），（110）和（411）.从 关键词： 体心立方多晶薄膜 晶粒取向 应变能密度 织构     

Au/PZT/BIT/p-Si异质结的制备与性能研究

采用脉冲激光沉积(PLD)工艺,制备了以Bi₄Ti₃O₁₂(BIT)为过渡阻挡层的Au/PZT/BIT/p-Si异质结.研究了BIT铁电层对Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃(PZT)薄膜晶相结构、铁电及介电性能的影响,对Au/PZT/BIT/p-Si异质结的导电机制进行了讨论.氧气氛530℃淀积的PZT为多晶铁电薄膜,与直接淀积在Si基片上相比,加入BIT铁电层后PZT铁 关键词： 铁电薄膜 异质结构 脉冲激光沉积(PLD)     

多晶薄膜屈服强度的一个模型

从位错运动的应力功和应变能关系导出了附着在基体上并有钝化层薄膜的屈服强度公式.该式表明多晶薄膜的屈服强度由两个影响因子（晶粒取向和位错类型）和三个强化因子（钝化层强化，基体强化和晶粒强化）确定.和已报道的实验结果基本一致表明了该模型的合理性. 关键词： 多晶薄膜 屈服强度     

相场模拟应变调控PbZr_((1–x))Ti_xO_3薄膜微观畴结构和宏观铁电性能

外延生长铁电薄膜中基底失配应变能够调控微观铁电畴结构和宏观铁电性能.本文选择了三种相结构(四方相、四方和菱方混合相、菱方相) PbZr_((1–x))Ti_xO_3 (x=0.8, 0.48, 0.2)铁电薄膜,利用相场模拟研究了在不同基底失配应变(esub)作用下,三种成分铁电薄膜中微观畴结构的演化以及宏观极化-电场回线.随着应变从–1.0%变化到1.0%,三种相结构铁电薄膜的矫顽场、饱和极化值以及剩余极化值全都降低,其中PbZr_(0.52)Ti_(0.48)O_3薄膜的饱和极化值和剩余极化值比另外两种薄膜降低更快.模拟结果表明拉应变能提高铁电薄膜储能效率,其中准同型相界处应变提升储能效率最快.本工作揭示了应变对PbZr_((1–x))Ti_xO_3铁电薄膜中畴结构、电滞回线以及储能等方面的影响,为铁电功能薄膜材料的实验设计提供了理论基础.     

CdSxTe1-x多晶薄膜的制备与性质研究

采用真空共蒸发方法制备了CdSxTe1 -x 多晶薄膜 ,并用原子力显微镜、x射线衍射和光学透过率谱等研究了CdSxTe1 -x多晶薄膜的结构和性质 .结果表明 :薄膜均匀、致密、无微孔 ,当x≥ 0 5时为n型半导体 ,x <0 5时为p型半导体 .CdSxTe1 -x多晶薄膜的光学能隙随x变化 .结合薄膜的晶格常数和光学能隙得到了薄膜发生相变的组分 ,当x<0 2 5时CdSxTe1 -x 多晶薄膜为立方相 ,当x >0 2 5时为六方结构 .退火后结构没有改变 ,能隙减小 .提出了用CdSxTe1 -x多晶薄膜作为缓冲层的新型结构太阳电池 .     

CdSxTe1-r多晶薄膜的制备与性质研究

采用真空共蒸发方法制备了CdSxTe1-x多晶薄膜,并用原子力显微镜、x射线衍射和光学透过率谱等研究了CdSxTe1-x多晶薄膜的结构和性质.结果表明薄膜均匀、致密、无微孔,当x≥0.5时为n型半导体,x＜0.5时为p型半导体.CdSxTe1-x多晶薄膜的光学能隙随x变化.结合薄膜的晶格常数和光学能隙得到了薄膜发生相变的组分,当x＜0.25时CdSxTe1-x多晶薄膜为立方相,当x＞0.25时为六方结构.退火后结构没有改变,能隙减小.提出了用CdSxTe1-x多晶薄膜作为缓冲层的新型结构太阳电池.     

铋层状氧化物单晶薄膜多铁性研究进展

室温单相多铁材料非常稀缺,磁性元素掺杂的铋层状钙钛矿结构Aurivillius相氧化物是一类重要的单相室温多铁材料,但由于缺少单晶类样品,这一类多铁材料研究主要是围绕多晶类块体或者多晶薄膜展开,它们的磁、电等性能研究大都采用宏观探测方式,因此这类多铁材料的多铁性机理研究进行得非常困难.近年来在高质量单晶薄膜的基础上,研究了多种磁性元素掺杂和不同周期结构的铋层状氧化物多铁单晶薄膜.这些单晶薄膜在室温下大都具有层状面面内方向的铁电极化,以及比较小的室温磁化强度,低温区存在第二个磁性相变.通过X射线共振非弹性散射实验发现元素掺杂会改变金属和氧原子之间的氧八面体晶体场的劈裂,能够增强铁磁性.另一方面,通过极化中子反射实验发现薄膜主体的磁化强度远小于通常探测的宏观磁化强度,说明单晶薄膜中磁的来源及其磁电耦合机理和多晶块体很可能是不同的.铋层状单晶薄膜的多铁性对未来继续改善这类材料的多铁性能有很好的指导作用.     

稀土发光铁电薄膜的研究进展

稀土掺杂是提高光电功能材料性能的重要途径.把稀土掺杂铁电材料与稀土发光相结合,还可拓展出铁电材料的新性能,比如,选择合适的稀土元素掺入钛酸铋铁电材料,可使之在保持较好的铁电性能的同时,又显示良好的发光性能.近年来,这类在氧化物铁电材料中由于稀土离子掺杂产生光致发光特性的研究引起了人们的关注,有望研制集成发光铁电器件.本文简要介绍了稀土发光铁电材料的研究状况,重点介绍我们在稀土发光铁电薄膜方向的研究进展.我们的研究表明,稀土掺杂钛酸铋铁电薄膜同时具有较好的发光特性和铁电特性,这与其独特的成分构成和层状钙钛矿结构密切相关; Eu3+离子荧光结构探针可以为进一步研究Eu~(3+)掺杂铁电薄膜材料的结构与性能关系提供新思路;在某些铁电薄膜(如Pr离子掺杂的x(K_(1/2)Bi_(1/2))TiO_3-(1-x)(Na_(1/2)Bi_(1/2))TiO_3薄膜等)中掺入稀土离子后,稀土离子的发光可用于检测铁电薄膜中是否存在准同型相界;将ZnO纳米材料和金、银纳米颗粒与掺铕钛酸铋薄膜复合,可显著增强稀土发光.     

离子束增强沉积VO2多晶薄膜的温度系数

用改进的离子束增强沉积方法和恰当的退火从V2O5粉末直接制备了VO2多晶薄膜.实验测试表明，薄膜的取向单一、相变特性显著、结构致密、界面结合牢固、工艺性能良好，薄膜的电阻温度系数（TCR）最高可达4.23%/K.从成膜机理出发，较详细地讨论了离子束增强沉积 VO2多晶薄膜的TCR高于VOx薄膜的TCR的原因.分析认为，单一取向的VO2结构使薄膜晶粒具有较高的电导激活能，致密的薄膜结构减少了氧空位和晶界宽度，使离子束增强沉积 VO2多晶薄膜结构比其他方法制备的VOx薄膜更接近于单晶VO2是其具有高TCR的原 关键词： VO2多晶薄膜 离子束增强沉积 热电阻温度系数     

外延铁电薄膜相变温度的尺寸效应

考虑外延钙钛矿型铁电薄膜内的等效应力、表面晶格变化和表面电荷引起的退极化效应等机电耦合边界条件,利用铁电薄膜系统的动态金茨堡-朗道方程(DGL),系统分析和讨论了外延铁电薄膜相变温度与临界相变厚度的尺寸效应.结果表明,铁电薄膜相变温度与临界相变厚度完全依赖于各种与薄膜厚度相关的力电耦合边界条件.也给出了BaTiO₃外延铁电薄膜相变温度在各种边界条件下随厚度的变化,从结果看出,本文的分析与结论更符合实验数据. 关键词： 尺寸效应 外延铁电薄膜 相变温度 力电耦合边界     

离子束增强沉积VO_2多晶薄膜的温度系数

用改进的离子束增强沉积方法和恰当的退火从V2 O5粉末直接制备了VO2 多晶薄膜 .实验测试表明 ,薄膜的取向单一、相变特性显著、结构致密、界面结合牢固、工艺性能良好 ,薄膜的电阻温度系数 (TCR)最高可达 4 2 3% K .从成膜机理出发 ,较详细地讨论了离子束增强沉积VO2 多晶薄膜的TCR高于VOx 薄膜的TCR的原因 .分析认为 ,单一取向的VO2 结构使薄膜晶粒具有较高的电导激活能 ,致密的薄膜结构减少了氧空位和晶界宽度 ,使离子束增强沉积VO2 多晶薄膜结构比其他方法制备的VOx 薄膜更接近于单晶VO2 是其具有高TCR的原因     

面心立方多晶薄膜中应变能密度对晶粒取向的依赖

对附着在基体上面心立方多晶薄膜中不同取向晶粒的应变能密度进行了计算.结果表明:在屈服之前,5个最小的应变能密度对应的晶粒取向依次为(100),(510),(410),(511)和(310);在屈服膜中,5个最小的应变能密度对应的晶粒取向依次为(110),(100),(511),(411)和(211).仅考虑应变能,这些取向的晶粒将依次优先生长 关键词： 薄膜 应变能密度 晶粒生长     

淀积气压对脉冲激光淀积La掺杂钛酸铅薄膜介电性能的影响

利用脉冲激光淀积法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了28mol%La掺杂钛酸铅薄膜.采用不同的淀积氧气压，并分析了其对薄膜微观结构和介电性能的影响.结果表明，在2Pa左右的气压下淀积的薄膜具有好的结晶度和介电系数.在频率为10kHz时28mol%La掺杂钛酸铅薄膜的介电系数达852，并且保持了较低的损耗.同时制备了其他La掺杂浓度的PbTiO3薄膜，发现它们也有类似的特点.对此作了定性解释. 关键词： 脉冲激光淀积 PLT薄膜 气压 介电增强     

极化状态与方向对单轴压缩下Pb(Zr_(0.95)Ti_(0.05))O_3铁电陶瓷畴变与相变行为的影响

利用数字图像相关性分析方法发展了全场应变光学测量技术,并原位实时测量了准静态单轴压缩下铁电PZT95/5陶瓷试件的轴向应变和横向应变.基于轴向应变、横向应变随着轴向应力的变化关系,讨论了极化状态和极化方向对PZT95/5铁电陶瓷的畴变与相变行为的影响.实验结果显示:单轴压缩下,未极化和Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷都会发生畴变,而Y轴极化PZT95/5铁电陶瓷则不发生畴变;畴变促使Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷的轴向应变和横向应变同时快速地增长,而对未极化PZT95/5铁电陶瓷的应变增长的影响非常微弱,这种差异性归因于电畴极轴不同的取向分布特征;通过应变分解分析,验证了畴变与相变过程是解耦的,并界定了畴变应变和相变应变的影响范围;与Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷相比,未极化PZT95/5铁电陶瓷的相变开始临界应力和相变结束应力减小,而Y轴极化PZT95/5铁电陶瓷则明显增大,由此推论畴变对相变有一定促进作用.基于放电特性的实测结果,还讨论了极化方向对极化PZT95/5铁电陶瓷去极化机理的影响.实验结果显示:Z轴极化PZT95/5铁电陶瓷去极化机理是畴变和相变的共同作用,其中畴变占主导地位,而Y轴极化PZT95/5铁电陶瓷的去极化机理仅是相变.     

外加电场对铁电薄膜相变的影响

采用热力学非线性理论,研究了外加电场对立方基底Pb(Zr_0.3Ti_0.7)O₃(PZT)铁电薄膜相变的影响.通过数值计算,得到了"失配应变-外加电场"相图,及外加电场与极化强度的关系.当外加电场达到186 kV/cm时,能使生长在SrTiO₃ 基底上PZT铁电薄膜从单斜r相转变为c相.在实验上,采用扫描探针显微镜通过对PZT薄膜施加不同的极化电场来研究了它的电畴翻转.从得到的压电响应相图可以看出,绝大多数的电畴是清晰可 关键词： 铁电薄膜 相变 扫描探针显微镜 失配应变