纳米结构铁电膜的制备和物性及微结构表征

采用脉冲激光淀积法在硅基氧化铝纳米有序孔膜版介质上(膜版孔径平均尺寸25nm,内生长Pt纳米线作为底电极一部分)制备了纳米结构的BaTiO3铁电膜(膜厚25nm),并对其铁电和介电性能以及微结构进行了表征.结果表明,BaTiO3铁电纳米膜的介电常数随着测量频率的增加(103～106Hz)从196缓慢下降到190;介电损耗在低频区域(103～105Hz)从0.005缓慢增加到0.007,而在高频率区域(105Hz)快速增加到0.013.薄膜的剩余极化强度约为5μC/cm2,矫顽场强约为680kV/cm.剖面(S)TEM像表明,BaTiO3铁电纳米膜与Pt纳米线(底电极)直接相连,它们之间的界面具有一定程度的弯曲.为兼顾氧化铝纳米有序孔膜版内的金属纳米线有序分布及BaTiO3纳米膜的结晶度,选择合适的退火温度是制备工艺中的关键因素.     

Sol-Gel法硅基铁电薄膜研究

介绍了用溶胶 凝胶方法制备Pb(Zr0 .53Ti0 .4 7)O3(PZT)铁电薄膜的工艺流程。以硝酸锆、醋酸铅和钛酸四丁酯为原料 ,在 90 0℃ ,30min退火条件下制备了硅基PZT铁电薄膜。实验分析结果显示 ,PZT铁电薄膜的晶化很完善。研究了PZT铁电薄膜与硅之间的界面及其对铁电薄膜品质的影响。并在此基础上实现了制备PZT铁电薄膜的低温改进工艺。     

激光脉冲外延生长Pb(Zr0.52Ti0.48)O3薄膜及其特性研究

利用激光脉冲法在LaAlO3衬底上沉积制备LaNiO3薄膜作为底电极并外延生长(100) Pb(Zr0.52Ti0.48)O3铁电薄膜,系统研究了生长温度对PZT外延结构和电学特性的影响.研究发现当生长温度高于550℃时即可得到外延(100)PZT薄膜.在对所制备的PZT薄膜的结构和性能测试表明,650℃下生长的PZT薄膜外延性最佳,并且表现出优异的介电和铁电性能,介电常数ε、剩余极化Pr和矫顽场Ec分别为900、26.5 μC/cm2和52.1kV/cm.试验还证实这种外延PZT薄膜具有优良的抗疲劳特性,可用于铁电存储器的制备中去.     

电极对PZT铁电薄膜的微观结构和电性能的影响

采用溶胶—凝胶(sol—gel)工艺分别在Pt／Ti／SiO2／Si和LNO／Si电极上制备Pb(Zr0．53，Ti0．47)O3(PZT)铁电薄膜。研究了不同电极材料对PZT铁电薄膜的微结构及电性能的影响。(100)择优取向的PZT／LNO薄膜的介电性能和铁电性能较(111)／(100)取向的PZT／Pt薄膜略有下降，但在抗疲劳特性和漏电流特性方面都有了很大提高。PZT／LNO薄膜10m次极化反转后剩余极化几乎保持未变，直至10^12次反转后，剩余极化仅下降了17％。     

掺锡氧化铟基底上锆钛酸铅铁电薄膜的制备与表征

用溶胶-凝胶工艺在掺锡氧化铟导电氧化物基底上制备了锆钛酸铅（PZT）铁电薄膜．采用快速热处理工艺改进铁电薄膜的晶格取向，用X射线衍射仪分析了薄膜的结晶取向，分别基于Al／PZT／ITO，1TO／PZT／1TO电容结构利用Sawyer-Tower电路原理测试了薄膜的铁电性能．结果表明，在磁控溅射法生长的1TO表面能够制备出具有钙钛矿结构的（110）取向的PZT铁电薄膜，所得薄膜的相对介电常数达到1000，剩余极化强度Pr达到和Pt基底上接近的15．2uc／cm^2，矫顽场强Ec达到70．8kV/cm．并且利用TF Analyzer 2000铁电分析仪测试了PZT铁电薄膜的疲劳特性，发现ITO底电极上PZT薄膜经过108次反转后，剩余极化强度仅下降15％．研究表明：磁控溅射法制备的掺锡氧化铟透明导电薄膜ITO可以作为铁电薄膜的上下电极．     

LaNiO3缓冲层对Pb(Zr,Ti)O3铁电薄膜的影响

采用化学溶液法在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备了PbZr0．4Ti0.6O3／LaNiO3(PZT／LNO)多层薄膜。X射线衍射测量表明LNO缓冲层的引入使PZT薄膜(111)择优取向度减小,(100)取向增加。原子力显微镜测量表明引入LNO缓冲层使得PZT薄膜表面更加平整、致密。在LNO缓冲层上制备的PZT薄膜具有优良的铁电特性和介电特性：LNO缓冲层厚度为40nm时,500kV／cm的外加电．场下。剩余极化(Pr)为37．6μC／cm^2,矫顽电场(Ec)为65kV／cm;100kHz时,介电常数达到822,并且发现LNO缓冲层的厚度为40nm,PZT的铁电、介电特性改进最为显著。     

低损耗掺杂BST薄膜的射频磁控溅射沉积及其阻抗特性研究

利用射频磁控溅射法和快速热退火处理,在高电阻Si基片上制备了具有较低介电损耗的MgO掺杂Ba_(0.25)Sr_(0.75)TiO_3(BST)铁电薄膜。通过XRD和SEM,分别对BST铁电薄膜的微结构和表面形貌进行了分析。利用铁电分析仪和低频阻抗分析仪分别测试了BST薄膜样品的铁电特性和介电性能。研究表明,MgO掺杂的BST薄膜的介电损耗要低于纯的BST薄膜,并且在掺杂浓度为5%(摩尔分数)时,获得最佳的实验结果。在室温和250 Hz的条件下,测得700℃退火的BST铁电薄膜样品的矫顽电场强度(E_C)和剩余极化强(P_r)分别为1.15 V/cm和4.06μC/cm~2,介电常数和介电损耗因子分别为370和0.005。     

SOL-GEL方法制备PZT铁电薄膜新方法及铁电特性研究

我们用SOL-GEL方法对PZT的制备进行了深入细致的研究,PZT薄膜不同组分的加入顺序对铁电特性的影响较小,而精确地控制PZT铁电薄膜的组分是制备性能良好的铁电薄膜的关键,铁电薄膜的退火条件对铁电薄膜特性有着至关重要的影响.我们运用将Zr及Ti有机物溶液加入Pb的有机溶液的新的制备工艺流程以精确地控制Pb/Zr/Ti的组分,从而制备出性能良好的铁电薄膜.在大量实验的基础上,我们绘制出扩散炉和快速热退火时,钙钛矿的形成与退火温度及时间的关系图,并且得出PZT铁电薄膜最佳的退火温度和时间区域.     

Gd掺杂对PZT薄膜介电性能及极化行为的影响

采用sol-gel法在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备出高度(100)择优取向的Gd掺杂PZT薄膜(简写为PGZT); 介电测试结果表明, 1mol%Gd掺杂的PZT薄膜介电常数最大, 2mol%Gd掺杂PZT薄膜与未掺杂薄膜的介电常数相差不大, Gd掺入量>2mol%时, 薄膜的介电常数下降; 薄膜的不可逆极化值呈现与介电常数相同的变化趋势, 而可逆极化值变化较小. 在弱电场下(低于矫顽场E_c), 用瑞利定律分析薄膜介电常数随电场强度的变化规律, 1mol%Gd掺杂的薄膜瑞利系数α最大, 说明薄膜中缺陷的浓度最低. 1mol%Gd掺杂的薄膜介电和铁电性能的改善与Gd³⁺在PZT晶格中的占位情况有关.     

Sol-gel法制备Pb(Zr0.53Ti0.47)O3铁电薄膜

利用Sol-gel工艺在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Pb(Zr0.53Ti0.47)O3(PZT)薄膜,研究了退火温度、保温时间和薄膜厚度对其晶相、微观结构和铁电性能的影响.在500℃退火处理的PZT薄膜开始形成钙钛矿相;在550℃退火处理的PZT薄膜基本形成钙钛矿相结构;升高退火温度(500～850℃)、延长保温时间(30～150min)、增加薄膜厚度(120～630nm)都有利于PZT晶粒的长大.在650～750℃退火的PZT薄膜具有较好的铁电性能,保温时间对PZT薄膜的铁电性能影响不大,PZT薄膜的厚度为200～300nm时可以得到比较好的铁电性能.在退火温度750℃、保温时间30min条件下退火处理厚310nm的PZT薄膜,其剩余极化值(2Pr)和矫顽电场(2Ec)分别是72μC/cm2、158kV/cm.