PZT基反铁电材料研究进展

在综述Pb(Zr,Ti)O3(PZT)基反铁电材料的研制与性能研究进展的基础上,重点探讨了PZT95/5反铁电材料和在PZT基础上掺杂改性的Pb(Zr,Sn,Ti)O3(PZST),(Pb,La)(Zr,Sn,Ti)O3 (PLZST)反铁电材料.总结了利用La3+、Nb4+、Hf4+、Sr2+、Ba2+和Nd3+等离子对富锆PZT以及PZST粉体、陶瓷以及薄膜材料的掺杂取代改性研究.讨论了各类PZT基反铁电材料的铁电(FE)-反铁电(AFE)相变机理以及其场致应变性能.展望了PZT基反铁电材料今后研究与应用的发展方向.     

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.     

硅基(001)取向Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3薄膜的制备及其铁电性能研究

采用磁控溅射法在LaNiO3/Si衬底上制备了6;Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-94; Pb(Zr0.52 Ti0.48) O3 (PMnN-PZT)铁电薄膜,对其微结构和铁电特性进行了研究.结果表明,该铁电薄膜呈(001)高度择优取向,取向度高达98;.经过1010次铁电循环测试,铁电薄膜无疲劳现象;在104 s时间内,薄膜的铁电保持和印记特性稳定,无明显退化.该结果说明LaNiO3氧化物电极会降低PMnN-PZT薄膜的氧空位浓度,有效地缓解了电荷注入的问题,因此改善了PMnN-PZT薄膜的铁电性能.     

钙钛矿铁电体在超高压下的相变研究进展

钙钛矿型铁电材料的晶体结构与压力有很大的关系.本文综述了三种最常见最简单的钙钛矿型铁电体BaTiO3、PbTiO3、KNbO3、稍微复杂的PZT(Pb(Zr1-xTix)O3)和弛豫铁电体PMN(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3在超高压下晶胞参数和晶体结构与压力的变化.对于上述五种钙钛矿型铁电体,随着压力的增加,晶胞参数都变小,发生从铁电相到顺电相的转变.此外,随着压力的增加,还会发生铁电相到铁电相的转变和铁电相的重新出现.     

B位取代PZT体系的电子结构与压电特性研究

采用自洽场离散变分Xα计算方法,分别计算了Pb(Zr1/2Ti1/2)O3(简称PZT)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3(简称PZN)、和Pb(Mn1/3Sb2/3)O3(简称PMS)体系的电子结构,研究了钙钛矿结构与烧绿石结构陶瓷的电子结构对压电性能的影响.结果表明,PZT铁电相较顺电相稳定,O的2p轨道与B位原子的最外层d轨道的杂化是铁电性的必要条件,杂化的强弱可表明铁电性的强弱;Mn1/3Sb2/3、Zn1/3Nb2/3取代(Zr, Ti)若生成四方钙态矿结构,体系总能量降低、轨道杂化增强,可以提高PZT体系的铁电性能,若生成立方烧绿石结构,由于B-O(//轴向)与B-O(⊥轴向)共价键强度差别太大,造成体系结构的不稳定,将导致铁电性的丧失.     

(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。     

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.     

低介高可调性钛酸锶钡陶瓷的研究

通过陶瓷烧结工艺研究了Ba0.6Sr04(Zr0.2SnxTi0.8-x)O3材料.性能测试结果表明,该固溶体是一种优异的可调材料,当x =0.03时,在1.5 kV/mm电场下,介电常数低于2000,可调性达到27.9;,介电损耗低至0.00010(100kHz,室温).XRD结果显示该固溶体是典型的钙钛矿结构.     

CoFe2O4/Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3双层复合薄膜的磁电性能研究

通过脉冲激光沉积法(PLD)在(001)-SrRuO3/SrTiO3(SRO/STO)衬底上生长了CoFe2O4/Ba0.9Ca0.1Ti0.9Zr0.1O3(CFO/BCZT)双层磁电复合薄膜.采用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)测试样品的晶体结构及形貌.XRD结果显示:单相BCZT铁电薄膜、CFO铁磁薄膜及CFO/BCZT磁电复合薄膜均为(00l)择优取向结构.物理性能测试结果表明:CFO/BCZT复合薄膜具有良好的铁电性能(剩余极化值,Pr=15.1μC/cm2)、铁磁性能和磁电耦合性能(磁电耦合系数,αE～82.4 mV·cm-1·Oe-1).这种无铅的磁电复合薄膜为设计新型多铁电子器件提供了一种选择.     

沿[001]c方向极化PZN-xPT单晶的声表面波性能

利用半波解法对三方相、四方相及准同型相界附近,沿[001]c方向极化(1-x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3晶体的声表面波传播特性进行了对比研究.结果表明,位于准同型相界附近的0.92Pb(Zn1/3 Nb2/3)O3-0.08PbTiO3晶体的声表面波性能明显优于三方相0.955Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.045PbTiO3和四方相0.88Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.12PbTiO3晶体.具有复杂工程畴结构的0.92Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.08PbTiO3晶体声表面波机电耦合系数显著高于四方相晶体.同时0.92Pb(Zn1/3 Nb2/3)O3-0.08PbTiO3晶体具有相对较小的声表面波相速度和能流角.因此,该晶体适合制作机电性能优越的声表面波器件.     

(Nb2O5)1-x(TiO2)x陶瓷的制备及其介电性能的研究

我们采用传统固态反应方法烧结制备(Nb2O5)1-x(TiO2)x陶瓷,给出了掺杂量x从0.01到0.13陶瓷的介电性能.在本工艺条件下,所有样品的介电系数均大于120.当样品中TiO2的掺杂量为5mol;时,陶瓷的介电性能最佳:介电系数和损耗分别为217和0.078.XRD测试实验给出,当x≤0.05时,陶瓷的主要相结构为Nb2O5;当x≥0.07时,主相为TiNb24O62.     

高居里点(1-x)Ba_(0.998)La_(0.002)TiO_3+xBi_4Ti_3O_(12)系统陶瓷微观结构及温度特性的研究

采用传统陶瓷制备工艺制备(1-x)Ba_(0.998)La_(0.002)TiO_3+ xBi_4Ti_3O_(12) (0≤x≤0.01)系统陶瓷.对在还原气氛(氮气)中烧成的陶瓷样品在一定温度下进行再氧化处理.研究了不同Bi_4Ti_3O_(12)掺杂浓度以及再氧化过程对BaTiO_3微观结构、介电性能及居里温度Tc的影响.结果表明:掺杂Bi_4Ti_3O_(12)后,BaTiO_3陶瓷的晶粒尺寸明显减小;Bi_4Ti_3O_(12)具有提高陶瓷居里点温度的作用,当x=1.0时,居里温度提高到T_c=150 ℃.随着BIT加入量的增加,电子与缺位混合补偿,晶格中将产生金属离子缺位,以补偿多余电子,因此随着BIT掺入量的增加,电阻率逐渐增大.     

Y_2O_3:Er~(3+)上转换纳米纤维的制备与性质研究

采用静电纺丝技术制备了PVA/[Y(NO_3)_3+Er(NO_3)_3]复合纳米纤维,将其在适当的温度下进行热处理,得到Y_2O_3∶Er~(3+)上转换纳米纤维.XRD分析表明,PVA/[Y(NO_3)_3+Er(NO_3)_3]复合纳米纤维为无定型,Y_2O_3∶Er~(3+)上转换纳米纤维属于体心立方晶系,空间群为Ia3.SEM分析表明,PVA/[Y(NO_3)_3+Er(NO_3)_3]复合纳米纤维的平均直径约为130 nm;经过600 ℃焙烧后,获得了直径约60 nm Y_2O_3∶Er~(3+)上转换纳米纤维.TG-DTA分析表明,当焙烧温度高于600 ℃时,PVA/[Y(NO_3)_3+Er(NO_3)_3]复合纳米纤维中水分、有机物和硝酸盐分解挥发完毕,样品不再失重,总失重率为80;.FT-IR分析表明,PVA/[Y(NO_3)_3+Er(NO_3)_3]复合纳米纤维的红外光谱与纯PVA的红外光谱基本一致,600 ℃时,生成了Y_2O_3∶Er~(3+)上转换纳米纤维.该纤维在980 nm激光激发下发射出中心波长为522 nm、561 nm的绿色和658 nm的红色上转换荧光,对应于 Er~(3+)的~2H_(11/2)/~4S_(3/2)→~4I_(l5/2)跃迁和~4F_(9/2)→~4I_(l5/2)跃迁.对Y_2O_3∶Er~(3+)上转换纳米纤维的形成机理进行了讨论,该技术可以推广用于制备其他稀土氧化物上转换纳米纤维.     

直流磁控溅射陶瓷靶制备ITO薄膜及性能研究

以10%质量分数SnO2和90%质量分数In2O3烧结成的ITO氧化物陶瓷为靶材,采用直流磁控反应溅射法在玻璃基片上制备ITO透明导电薄膜,研究了基片温度和氧分压条件对ITO薄膜的物相结构和光电性能的影响。实验结果表明:ITO薄膜的方块电阻随衬底温度的升高而下降,而可见光透过率增大;ITO薄膜可见光透过率和方块电阻随氧分压的增加而增大。     

金属有机分解法制备钛酸铜钙薄膜

采用金属有机分解法(MOD)在p-S i(111)衬底上制备了钛酸铜钙(CaCu3Ti4O12)薄膜。对前驱体溶液粉体退火后做了红外和X射线分析;对薄膜退火后做了X射线和原子力显微镜分析。结果表明,在空气中750℃退火1h后,钛酸铜钙结晶良好;钛酸铜钙薄膜的生长为二维生长模式。     

CdS薄膜中"白斑"的研究

本论文对CdS薄膜中的"白斑"进行了研究.化学水浴沉积法(CBD)制备CdS薄膜所需要的化学反应物包括硫脲、氨水、镉盐和铵盐等.文中采用两种镉盐和铵盐来沉积CdS薄膜:氯化镉和氯化铵,乙酸镉和乙酸铵.所沉积的CdS薄膜的表观形貌由SEM表征,成分由EDX表征.当镉盐和铵盐分别采用氯化镉和氯化铵时,生成的薄膜中存在大量的"白斑".这些"白斑"的成分不是CdS,而是(CdCl)2S.增加氨水的浓度可以大大减少这些"白斑",但是不能彻底消除这些"白斑".当镉盐和铵盐分别采用乙酸镉和乙酸铵时,生成的薄膜均匀、平整,薄膜中根本就不存在所谓的"白斑".因此,沉积CdS薄膜时,镉盐和铵盐不宜采用氯化镉和氯化铵,应该采用乙酸镉和乙酸铵.     

氧分压调控氧化铜薄膜生长及其表面功函数研究

本文采用反应磁控溅射法制备p型二元铜氧化物半导体薄膜,通过氧气流量调节实现Cu₂O、CuO和Cu₄O₃薄膜的可控生长。所制备薄膜的形貌与结构分别利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及拉曼光谱进行表征。经紫外可见分光光度计测量可知,Cu₂O、CuO和Cu₄O₃薄膜的带隙分别为2.89 eV、1.55 eV和2.74 eV。为进一步研究Cu₂O、CuO和Cu₄O₃薄膜的表面物理性质,基于Kelvin探针力显微镜(KPFM)技术直接测量了薄膜样品与探针尖端间的接触电位差(V_CPD),结果表明Cu₂O、CuO和Cu₄O₃薄膜的表面功函数都随着温度的升高而呈现逐渐减小的趋势。     

超分子化合物(C_(12)H_(10)N_4)(C_7H_6O_3)_2的合成、晶体结构及荧光性质

合成了超分子化合物(C_(12)H_(10)N_4)(C_7H_6O_3)_2,并进行了元素分析、红外光谱、紫外光谱表征和单晶X射线衍射分析.构筑单元之间通过多重氢键和π-π堆积作用的协同效应形成超分子化合物,并研究了化合物的固体荧光性能.研究表明:该晶体属于单斜晶系P2_1/c空间群,晶胞参数为:a=0.3974(1) nm,b=2.0330(2) nm,c=1.4343(1) nm, β=94.892(2)°,V=1.15440(19) nm~3,d_c=1.400 g/cm~3,Z = 2,μ= 0.102 mm~(-1),F_((000))=508,R_1=0.0359,wR_2=0.0893 [I>2σ(I)].     

RIG型磁光薄膜的研究进展及应用

随着光通信技术与光子集成电路的发展,非互易性器件作为光通信系统中重要的组成部分得到了越来越广泛的研究与应用。基于磁光效应制成的磁光隔离器和环行器是目前应用最为广泛的非互易性器件,为了将非互易性器件整块集成在硅片上,需制备性能与块状磁光材料相当的磁光薄膜。在近红外通信波段(1 550 nm),以钇铁石榴石(Y₃Fe₅O₁₂,YIG)为代表的稀土铁石榴石(RIG)具备优良的磁光效应,是最具应用前景的磁光材料之一。研究发现,使用稀土离子对YIG薄膜进行掺杂可以有效改善其磁光性能,尤其是Bi³⁺和Ce³⁺掺杂的YIG表现出巨法拉第效应。本文首先介绍了法拉第效应原理,介绍了三种常见磁光薄膜的生长方法,回顾了近年来的主要研究成果,介绍了磁光薄膜在光隔离器和环行器中的应用,最后对磁光薄膜的未来发展趋势进行了展望。     

Effect of Mn concentration and growth temperature on nanostructures and magnetic properties of Ge1−xMnx grown on Si

The nanostructures and magnetic properties of Ge_1−xMn_x thin films grown on Si substrates by molecular beam epitaxy, with different nominal Mn concentrations (1−4%) and different growth temperatures, have been systematically investigated by transmission electron microscopy and superconducting quantum interference device. It was discovered that when Ge_1−xMn_x thin films were grown at 70 °C, with increase in Mn concentration, Mn-rich tadpole shaped clusters started to nucleate at 1% Mn and become dominate in the entire film at 4% Mn. While for the thin films grown at 150 °C, tadpoles was firstly seen in the film with 1% Mn and subsequently Mn-rich secondary precipitates became dominant. The magnetic properties show specific features, which are mainly related to the nature and amount of Mn-rich clusters/precipitates within these thin films.