溶胶-凝胶法制备BiFeO3薄膜的结构及物性研究

应用溶胶-凝胶法在Pt／Ti／SiO2／Si（001）基片上制备了BiFeO3薄膜，构架了Pt／BiFeO3／Pt电容器。采用X射线衍射仪和铁电测试仪研究了Pt／BiFeO3／Pt电容器的结构和物理性能。实验发现BiFeO3最佳的结晶温度为600℃，X射线衍射图谱显示BiFeO3薄膜结晶状况良好，原子力显微镜照片显示BiFeO3表面颗粒均匀。PL／BiFeO3／Pt电容器具有良好的电学性能，在驱动电压为5V的情况下，Pt／BiFeO3／Pt电容器的电滞回线具有良好的对称性，漏电流密度小于10^-4A／cm^2，研究发现BiFeO3薄膜log（J）／log（E）关系满足空间电荷限制电流传导机制。     

Al-N共掺杂3C-SiC介电性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势法,建立了未掺杂,Al,N单掺杂和Al-N共掺杂3C-SiC的4种超晶胞模型,并分别对模型进行了几何结构优化,对比研究了其能带结构,态密度分布和介电常数.计算结果表明:Al掺杂会增大SiC的晶格常数,而N对SiC的晶格影响很小.Al掺杂会导致费米能级进入价带,使3C-SiC成为p型半导体,且带隙宽度略为加宽.N掺杂后的SiC其导带和价带均向低能端发生移动,带隙稍有减小.本征3C-SiC几乎不具备微波介电损耗性能.但是可以通过进行Al掺杂或N掺杂加以改善,Al掺杂后的效果尤为突出.计算发现Al-N共掺杂后的3C-SiC材料在8.2—12.4 GHz范围内其微波介电损耗性能急剧下降,与实验结果相符合,并对这一结果进行了讨论分析.     

含Ag电极的非晶In-Ga-Zn-O薄膜的阻变开关特性

采用射频磁控溅射法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了非晶InGaZnO4(α-IGZO)薄膜,利用直流磁控溅射法制备的Ag金属薄膜作为反应上电极,构建了Ag/非晶InGaZnO4(α-IGZO)/Pt结构的阻变存储器件单元。所制备的器件具有双极型阻变特性,写入时间仅为107 ns,经过300次循环开关后,器件仍显示良好的开关效应。对置于高低阻态的器件使用5 mV横电压测量其电阻,电阻值经过1.2×104s无明显衰减趋势,表明器件具有较好的保持特性。阻变开关机制归因于在外加电场的作用下,由于电化学反应,使得Ag导电细丝在存储介质α-IGZO薄膜中形成和溶解。     

Cu-Co共掺杂ZnO光电性质的第一性原理计算

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征ZnO,Cu 1021cm-3单掺杂ZnO,Co单掺杂ZnO,Cu-Co共掺杂ZnO的电子结构和光学性质.结果表明,在本文掺杂浓度数量级下,Cu,Co单掺杂可以提高ZnO的载流子浓度,从而改善ZnO的导电性,Cu-Co共掺杂时ZnO半导体进入简并状态,呈现金属性.这三种掺杂ZnO均会在可见光和近紫外区域出现光吸收增强现象,其中由于Cu离子与Co离子之间的协同效应,Cu-Co共掺杂ZnO对太阳光的吸收大幅增加,因此Cu-Co共掺杂ZnO可以用于制备高效率的太阳电池.     

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。     

含Ti电极的非晶钛酸锶薄膜的阻变开关特性研究

采用射频磁控溅射法制备Ti金属薄膜作为反应电极,结合脉冲激光沉积法在Pt/Ti/Si衬底上制备了Ti/非晶-SrTiO3-δ (STO)/Pt结构的阻变存储器件单元.器件的有效开关次数可达200次以上.利用5 mV的小电压测量处于高低阻态的器件电阻,发现在经过3.1 ×105 s以后,两种阻态的电阻值均没有明显的变化,说明器件具有较好的保持特性.器件处于高阻态和低阻态的电阻比值可达100倍以上.在9mA的限制电流下,器件的低阻态为500 Ω,有利于降低电路的功耗.氧离子和氧空位的迁移在阻变开关中起到重要的作用,界面层TiOx发挥着氧离子库的作用.阻变开关机制归因为导电细丝(Filaments)的某些部分出现氧化或者还原现象,造成导电细丝的形成和断开.