薄膜光学 薄膜光学理论与膜系设计

O484.1 2006043345钛酸铋基铁电薄膜研究进展=Progress in study on BIT-based ferroelectric thin fil ms[刊,中]/张端明(华中科技大学物理系.湖北,武汉(430074)) ,杨斌…∥功能材料.—2006 ,37(3) .—351-354 ,357钛酸铋基铁电薄膜具有优良的铁电、介电性能,在非挥发性存储器件方面有很好的应用前景。分别从制备工艺、掺杂改性、疲劳特性的研究等方面综述了最新的研究进展,并对当前研究中存在的问题进行了讨论。图3参38(严寒)O484.1 2006043346有ITO透明导电膜的平面分层介质系统的电磁波性能理论研究=Electromagnetic performance of…     

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.     

溶胶-凝胶法Er_2O_3薄膜的结构和光学特性

针对稀土Er掺杂Si光源中Er离子掺杂浓度低的问题,采用溶胶-凝胶(Sol-gel)法在Si(100)和SiO2/Si(100)基片上旋涂法制备Er2O3光学薄膜,Er离子浓度与以前掺杂方法相比提高了2个数量级.900℃热处理获得单一立方结构的Er2O3薄膜材料.光致发光(PL)特性研究表明在654nm波长的激光泵浦下,Er2O3薄膜材料获得了1.535μm的发光峰,并具有较小的温度猝灭1/5.在SiO2/Si(100)基体上制备的Er2O3薄膜材料的光致发光强度比Si(100)基体上制备的薄膜提高2-3倍.研究结果表明具有强光致发光特性的Er2O3薄膜是一种有前景的硅基光源和放大器材料.     

钛酸铋系中与铁电性能有关的缺陷及其弛豫研究的进展

本文概括的介绍了近年来我们利用内耗和介电的方法研究铋系铁电材料的一些结果.钛酸铋系铁电体作为一种无铅材料在铁电存储中有着重要的应用,通过对其内部与氧空位有关的力学和电学弛豫行为的测量,并进一步通过对氧空位弛豫及关联行为的研究,揭示了钛酸铋系铁电材料中掺杂、微结构以及铁电性能之间内在的联系.这些结果从微观的角度阐述了影响铁电体剩余极化与铁电疲劳的因素,对于指导并优化现有铁电体的铁电性能有着重要的意义.此外,还报道了对铁电畴、相变等的研究结果,表明力学与介电方法是研究铁电性能及澄清机理的有效手段.     

高居里温度铋层状结构钛钽酸铋(Bi_3TiTaO_9)的压电、介电和铁电特性

随着现代信息技术的飞速发展,压电材料的应用范围进一步拓展,使用的温度环境越来越严苛,在一些极端环境下对压电材料的服役性能提出了新的挑战.因此研究具有高居里温度同时具有较强压电性能的压电材料,是迫切需要解决的问题.本文利用普通陶瓷工艺制备了高居里温度铋层状结构钛钽酸铋Bi_3TiTaO_9+x wt.%CeO_2(x=0—0.8,简写为BTT-10xCe)压电陶瓷,研究了钛钽酸铋陶瓷的压电、介电和铁电特性.压电特性研究表明,稀土Ce离子的引入可以提高BTT陶瓷的压电性能, BTT-6Ce (x=0.6)陶瓷具有最大的压电系数d33～16.2 pC/N,约为纯的BTT陶瓷压电系数(d33～4.2 pC/N)的4倍.介电特性研究显示, BTT和BTT-6Ce (x=0.6)陶瓷均具有高的居里温度, T_C分别为890℃和879℃,同时稀土Ce离子的引入降低了BTT陶瓷的高温介电损耗tand.铁电特性研究表明,稀土Ce离子的引入提高了BTT陶瓷的极化强度.在180℃温度下和110 kV/cm的电场驱动下, BTT和BTT-6Ce (x=0.6)陶瓷的矫顽场Ec分别为53.8 kV/cm和57.5 kV/cm,剩余极化强度Pr分别为3.4μC/cm~2和5.4μC/cm~2.退火实验显示:稀土Ce离子组分优化的BTT压电陶瓷经800℃的高温退火后,仍具有优异的压电性能温度稳定性.研究结果表明, BTT-6Ce (x=0.6)陶瓷兼具高的居里温度T_c约为879℃和强的压电性能d33约为16.2 pC/N、较好的压电性能温度稳定性,是一类压电性能优异的高温压电陶瓷.     

La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3/Ba_(0.85)Ca_(0.15)Ti_(1-x)In_xO_3:Er/Yb磁电复合薄膜的上转换发光、电输运和磁性能研究

通过固相反应法制备了Ba_(0.835)Ca_(0.15)Ti_(1-x)In_xO_3:0.75%Er/0.75%Yb(BCTIO:Er/Yb)(0≤x≤2%)铁电陶瓷,研究了In掺杂对其铁电、介电、电输运、磁性以及上转换发光性能的影响,结果表明In掺杂对陶瓷的铁电和介电性能有所改善.在上转换发光方面,与没掺In的陶瓷相比,掺0.5%mol In的陶瓷发光性能显著提升,在550和665nm处的绿色和红色发光强度分别增强了1500%和5000%.在此基础上,我们将具有巨磁电阻效应的La_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3(LCMO)薄膜生长在抛光后的BCTIO:Er/Yb陶瓷衬底上,构建了LCMO/BCTIO:Er/Yb磁电复合薄膜,发现该复合薄膜体系不仅具有量好的上转换发光性能,而且具有金属-绝缘体相变以及伴随着的巨磁电阻效应.磁测量表明LCMO薄膜表现出超顺磁性,这很可能是由于LCMO薄膜的晶粒尺寸很小(几十纳米)引起.这种同时具有上转换发光、铁电、压电和磁电阻效应的复合薄膜在光电子学和自旋电子学器件方面可能具有潜在的应用价值.     

氧空位缺陷对PbTiO_3铁电薄膜漏电流的调控

基于非平衡格林函数及密度泛函理论第一性原理计算方法,计算了Fe, Al, V和Cu四种阳离子掺杂对氧空位缺陷引起的PbTiO_3铁电薄膜漏电流的调控.研究表明:Fe和Al离子掺杂将会增大由其中氧空位缺陷导致的铁电薄膜的漏电流,而Cu和V离子掺杂对该漏电流的大小具有明显抑制作用.这是因为Cu和V掺杂对氧空位缺陷有明显的钉扎作用.相比于半径更大的Cu离子,由于V的离子半径更小,且更接近于PbTiO_3铁电薄膜中Ti的离子半径,可以预言V离子更可能被掺杂进入薄膜,从而抑制氧空位缺陷引起的漏电流.研究结果对铁电薄膜器件的电学性能控制和优化有一定的理论指导意义.     

钛酸铋系中与铁电性能有关的缺陷及其弛豫研究的进展

本文概括的介绍了近年来我们利用内耗和介电的方法研究铋系铁电材料的一些结果。钛酸铋系铁电体作为一种无铅材料在铁电存储中有着重要的应用，通过对其内部与氧空位有关的力学和电学弛豫行为的测量，并进一步通过对氧空位弛豫及关联行为的研究，揭示了钛酸铋系铁电材料中掺杂、微结构以及铁电性能之间内在的联系。这些结果从微观的角度阐述了影响铁电体剩余极化与铁电疲劳的因素，对于指导并优化现有铁电体的铁电性能有着重要的意义。此外，还报道了对铁电畴、相变等的研究结果，表明力学与介电方法是研究铁电性能及澄清机理的有效手段。     

烘烤温度对溶胶-凝胶法制备镧掺杂钛酸铋薄膜结构与铁电性质的影响

采用溶胶-凝胶法，在保持薄膜结晶温度和有机物分解温度相同情况下，发现烘烤温度（即溶剂的挥发温度）对镧掺杂钛酸铋薄膜的晶体结构、表面形貌和铁电性质均产生重要影响.在较低烘烤温度下得到的薄膜（117）择优取向明显.但随着烘烤温度增加，薄膜的（117）择优取向逐渐减弱.薄膜的表面晶粒形貌则从棒状逐渐转变为盘状.还测量了薄膜的铁电性质，发现在250℃烘烤温度下得到的薄膜具有最大的剩余极化强度，2Pr为28.4μC/cm2.对实验现象进行了定性解释. 关键词： 溶胶-凝胶法 烘烤温度 铁电薄膜     

稀土（Tb，Gd）掺杂多孔硅的光致发光性能研究

用电化学方法对多孔硅薄膜进行了稀土（Tb，Gd）离子的化学掺杂.利用荧光分光光度计测试了样品的光致发光特性.用扫描电子显微镜研究了薄膜的表面形貌.用卢瑟福背散射谱分析了稀土离子在多孔硅薄膜中的分布情况.结果表明，Tb的掺入显著增强了多孔硅的发光强度，并且发光峰位出现蓝移.这是由于Tb³⁺的4f能级⁵D_{4—⁷F3，⁵D4—⁷F关键词： 多孔硅 稀土掺杂 光致发光}     

Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3/CoFe_2O_4复合薄膜电学、磁学性能的研究

利用射频磁控溅射技术在LaNiO_3/SiO_2/Si基底上制备了Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3/CoFe_2O_4和Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-Pb TiO_3/Co Fe_2O_4/Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3两种复合薄膜.我们采取了三种退火条件对复合薄膜进行退火处理,研究两种复合薄膜的晶体结构、电学和磁学性能.通过对两种复合薄膜的结构的分析,发现两步法退火后得到复合薄膜同时存在纯钙钛矿相和尖晶石相两种结构.铁电性能测试表明,两种复合薄膜均具有较好的铁电性能,其中三层复合薄膜的剩余极化强度Pr最大可以达到14.9μC/cm2,这要归因于多层复合薄膜内部的应力-应变效应和界面耦合效应.在电场强度为80 k V/cm的漏电流密度数量级仅10-5A/cm2,其导电机制在高电场区满足Schottky机制.介频性能测试表明:复合薄膜的介频特性较差,双层复合薄膜的介电性能较好,其介电常数εr为1078,其介电损耗tgδ较大,约为0.43.此外,对复合薄膜的磁滞回线测试表明:两种复合薄膜中均存在磁学性能,且双层结构复合薄膜的铁磁性能较大,其饱和磁化强度Ms为119 emu/cm3,剩余磁化强度Mr达到31.6 emu/cm3,矫顽场Hc为1360 Oe.以上测试结果表明,铁电有序和磁有序可以存在于钙钛矿-尖晶石结构当中,通过多层复合和合适退火方式可以增强其铁电和介电性能.     

Mn掺杂对多铁性BiFeO_3薄膜铁电性能以及漏电流的影响

本文利用脉冲激光沉积技术在(LaAlO3)0.3(Sr2AlTaO6)0.7(001)衬底上生长了BiFe1-xMnxO3(x=0～5%)外延薄膜,研究了Mn掺杂对BiFeO3(BFO)薄膜结构、铁电特性和漏电流的影响.XRD和SEM结果表明薄膜具有良好的结晶质量.漏电流测量显示Mn掺杂有效地减小了BFO薄膜的漏电流密度,因而在室温下5%Mn掺杂的BFO薄膜能够获得饱和的电滞回线.XPS分析证明,Mn掺杂改善BFO薄膜性能的可能原因在于其极大地减少了BFO薄膜中的Fe2+离子.     

CaF2:Yb3+/Mn2+体系中Mn2+的上转换发光

稀土离子的上转换发光通常具有发射带宽窄及峰位难以调节等问题。为了获得近红外光激发下的宽带上转换发光,我们对Yb~(3+)-Mn~(2+)共掺杂CaF_2材料的上转换发光性质进行了研究。将稀土离子Yb~(3+)及过渡族金属离子Mn~(2+)掺入到CaF_2材料中作为发光中心,利用高温固相反应法制备了Yb~(3+)单独掺杂及不同浓度Yb~(3+)及Mn~(2+)离子共掺杂的CaF_2体相材料。在980 nm近红外光激发下对不同样品的上转换发光进行了比较研究。实验结果表明,与单独掺杂Yb~(3+)离子的材料相比,CaF_2∶Yb~(3+)/Mn~(2+)材料在980 nm激光激发下出现了一个位于620nm附近的宽带发光,我们认为这个发光来自于Yb~(3+)团簇向Mn~(2+)离子的合作敏化,对应于Mn~(2+)离子的~4T_1→~6A_1跃迁。因此,CaF_2体系中存在Yb~(3+)离子二聚体向Mn~(2+)离子的合作能量传递过程。     

硅基掺铒二氧化钛薄膜发光器件的电致发光:共掺镱的增强发光作用

在我们以前的工作(Zhu C, Lü C Y, Gao Z F, Wang C X, Li D S, Ma X Y, Yang D R 2015 Appl.Phys.Lett.107 131103)中,利用掺铒(Er)二氧化钛薄膜(TiO_2:Er)作为发光层,实现了基于ITO/TiO_2:Er/SiO_2/n~+-Si结构的发光器件的Er相关可见及近红外(约1540 nm)电致发光.本文将镱(Yb)共掺入TiO_2:Er薄膜中,显著增强了Er相关可见及近红外电致发光.研究表明,一定量Yb的共掺会导致TiO_2:Er薄膜由锐钛矿相转变为金红石相,从而使得Er~(3+)离子周围晶体场的对称性降低.此外,Yb~(3+)离子比Ti~(4+)离子具有更大的半径,这使TiO_2基体中Er~(3+)离子周围的晶体场进一步畸变.晶体场的对称性降低及畸变使得Er~(3+)离子4f能级间的跃迁概率增大.由于上述原因,Yb在TiO_2:Er薄膜的共掺显著增强了相关发光器件的电致发光.     

氧化硅薄膜中掺杂Tb~(3+)离子的发光敏化

采用溶胶-凝胶法在硅片上制备了掺杂稀土离子Tb~(3+)的SiO_2薄膜,并用荧光分析方法研究了薄膜的发光特性,对发光效果的提升途径做了探索和分析。在245 nm波长的激发下,能够观察到Tb~(3+)的5D4-7FJ(J=6,5,4,3)的跃迁发射峰。对于Tb~(3+)离子的高浓度掺杂体系,在掺入富Si或Al~(3+)离子后,浓度猝灭效应能得到明显改善。同时掺入两种激活剂的样品发光强度较只掺Al~(3+)的样品大了近一倍。此外,氩气氛退火引入氧空位缺陷也能使样品的发光强度有较大提升,氩气氛退火的最佳温度为1 200℃。     

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.     

PEG400对Eu(BA)3/SiO2发光性能的影响

稀土有机配合物进行无机化能提高热稳定性,但无机化基质对稀土有机配合物的荧光性影响较大,采用PEG3400对复合体进行改性,有利于改善荧光性.文章采用溶胶-凝胶法合成Eu(BA)3/SiO2和Eu(BA)3/PEG400-SiO2复合发光材料.研究了PEG400掺入量对SiO2中Eu(BA)3发光性能的影响,PEG400作为路易斯硬酸和稀土离子配体增强了Eu(BA)3的发光性能.用红外光谱说明PEG400的掺人有利于减少发光材料中的结晶水和羟基数目.通过原子力显微镜分析了PEG400的掺入量对SiO2基质结构的影响.     

金属铒和氟化铒掺杂的硫化锌薄膜的交流电致发光(ACEL)特性

本文报导了不同浓度的金属铒和氟化铒掺杂的硫化锌薄膜交流电致发光(ACEL)的特性,并进行了比较。实验结果表明:ZnS:ErF3薄膜ACEL的最佳浓度(5×10-3g/g)低于ZnS:Er3+薄膜ACEL的最佳浓度(1×10-2g/g)。在ZnS薄膜中掺入稀土离子,随着浓度的增加,稀土离子之间发生交叉弛豫,这一过程与稀土离子周围环境有关,这正是ZnS:ErF3和ZnS:Er3+薄膜ACEL具有不同的最佳浓度的主要原因。     

稀土纳米发光材料研究进展

稀土纳米发光材料明显不同于体相发光材料的特性已经成为近年来的热点研究课题,为了更好地探索其特性,综述了稀土纳米发光材料的研究进展,特别是掺杂Eu³⁺和Tb³⁺离子的稀土纳米发光材料。首先,归纳总结了稀土纳米发光粒子不同于体相材料的光谱特性,如电荷迁移带的红移、发射峰谱线的宽化、猝灭浓度的升高、荧光寿命和量子效率的改变等等;其次,概述了一维稀土纳米发光材料的制备与光谱性质,介绍了二维稀土纳米发光薄膜的图案化和介孔模板组装;最后,对其未来的发展趋势进行了展望。     

无铅铁电陶瓷电子发射性能

 铁电阴极材料，作为一种新型的功能材料，以其高的发射电流密度等优点而受到重视。鉴于目前研究的铁电阴极材料多局限于锆钛酸铅等含铅材料，作者采用无铅铁电陶瓷Na₁/2Bi_1/2TiO₃-BaTiO₃(BNBT)，进行了电子发射实验，获得发射电流密度达20A/cm²。初步实验结果表明，与锆钛酸铅相比，钛酸铋钠发射电流密度略低但性能稳定性较好。作为无铅铁电阴极，BNBT仍然具有良好的研究开发价值。