Sol-Gel法在不同衬底上制备的LaNiO_3导电薄膜的性能研究

采用溶胶凝胶法快速成膜工艺分别在Si(100),SiO2/Si,Pt/Ti/SiO2/Si不同基底上制备LaNiO3导电薄膜,并分别以LNO和Pt/Ti为基底制备PZT薄膜。通过XRD,AFM,EDS等测试手段对LNO导电薄膜的结构及组成进行表征,并通过XRD,介电性能的测试比较LNO/Si和Pt/Ti沉积PZT薄膜的性能。结果表明,在Si(100),Pt/Ti/SiO2/Si上制备的LaNiO3导电薄膜是赝立方结构,而在SiO2/Si衬底上是四方结构。在Si(100)上得到的LNO薄膜致密、平整,可以作为制备PZT薄膜的导电层。在LNO和Pt/Ti上制备的PZT薄膜均为钙钛矿结构,且PZT/LNO薄膜各衍射峰强度优于PZT/Pt/Ti;而介电性能方面,PZT/LNO较PZT/Pt/Ti稍差,100kHz时,PZT/LNO和PZT/Pt/Ti的介电常数和介电损耗分别为562,0.29;408,0.037。     

脉冲激光沉积法制备的Pb(Zr0.4Ti0.6)O3铁电薄膜漏电机理

利用准分子脉冲激光器在Pt/Ti/SiO2/Si(111)衬底上制备了Pb(Zr0.4Ti0.6)O3(PZT)铁电薄膜.利用掩膜技术,采用磁控溅射法在PZT薄膜上生长Pt上电极,构架了Pt/PZT/Pt铁电电容器异质结.采用X射线衍射和电容耦合测试技术分别表征了PZT铁电薄膜的微结构和电学性能.研究发现:在5 V的测试电压下,在560℃较低的沉积温度下生长的PZT薄膜电容器的剩余极化强度为187 C/m2、矫顽电压为2.0 V、漏电流密度为2.5×10-5A/cm2.应用数学拟合的方法研究了Pt/PZT/Pt的漏电机理,发现当电压小于1.22 V时,Pt/PZT/Pt电容器对应欧姆导电机理;当电压大于2.30 V时,对应非线性的界面肖特基传导(Schottky emission)机理.     

PZT铁电薄膜的射频磁控溅射制备及其性能

实验采用射频磁控溅射工艺,在较低的衬底温度(370℃)、纯Ar气氛中和在(111)Pt/Ti/S iO2/S i衬底上用陶瓷靶Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)制备具有完全钙钛矿结构的多晶PZT(52/48)铁电薄膜,沉积过程中基片架作15°摇摆以提高膜厚的均匀性,然后在大气环境中对沉积的PZT薄膜进行快速热退火处理。用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)和Auger电子能谱(AES)测量其组分,X射线衍射仪(XRD)分析PZT薄膜的相结构和结晶取向,RT66A标准铁电测试系统分析Pt/PZT/Pt/Ti/S iO2/S i电容器的电学特性。结果表明:PZT铁电薄膜具有较高的剩余极化(Pr=44.9μC/cm2)和低的漏电流(10-8A量级)。     

LaNiO_3缓冲层对Ba_(0.5)Sr_(0.5)TiO_3薄膜微结构和介电性能的影响

利用射频磁控溅射法,在Pt/Ti/SiO2/Si和LaNiO2/Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Ba0.5Sr0.5TiO3薄膜.采用X-ray衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM),研究了两种衬底上BST薄膜样品的结晶性和表面形貌.结果表明:BST薄膜材料均为钙钛矿相,直接生长在硅衬底上的BST薄膜无择优取向,晶粒尺寸为20～30 nm,而LaNiO2缓冲层上生长的BST薄膜则为(100)择优取向,晶粒尺寸约为150～200 nm.室温下测试了薄膜的介电性能.研究结果表明,LNO缓冲层显著提高了BST薄膜的介电常数和介电可调率.     

Ba0.65Sr0.35TiO3薄膜的磁控溅射法制备与介电性能研究

用磁控溅射法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上沉积Ba0.65Sr0.35TiO3薄膜.研究沉积气压和衬底温度对BST薄膜结构及介电性能的影响.应用XRD和AFM表征薄膜的物相结构及其表面形貌,通过阻抗分析仪测量薄膜的介电性能.结果表明在3.0 Pa沉积气压和600℃衬底温度下制备的Ba0.65Sr0.35TiO3薄膜有较好的微结构和介电性能.     

PZT薄膜的相转变与晶格参数的研究

研究 Sol- gel制备 PZT薄膜材料相结构与晶格参数 ,研究 PZT薄膜相变、衬底与温度关系和不同 Zr/ Ti比Pb(Zrx Ti1-x) O3 (x=0 .2～ 0 .8)。结果表明 :PZT薄膜从烧绿石相向钙钛矿相转变的温度在 Pt衬底上为 6 0 0°C,在不锈钢上为 6 50°C。PZT铁电体薄膜的晶格参数和晶格畸变随 Zr/ Ti比的不同而变化 ;在铁电四方相区 ,随 Zr含量增加 ,a=b轴逐渐增大 ,c轴稍有缩短 ,四方晶系发生畸变 ;当 x>0 .5时 ,没有检测到单位晶胞的畸变 ;在准同型相界附近 ,晶胞参数发生突变。     

BST薄膜的湿法化学刻蚀工艺优化及应用初探

采用sol-gel法在SiO2/Si衬底上制备了Ba0.7Sr0.3TiO3(BST)薄膜.利用湿法化学刻蚀技术对BST薄膜进行图形化.通过实验结果对比,选择HF/HNO3/H2O2/H2O(体积比为1∶20∶50∶20)的混合液作为最佳刻蚀液.扫描电镜(SEM)结果表明,刻蚀后BST薄膜表面干净,无残留物,图形轮廓清晰.原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)结果显示,刻蚀后BST薄膜表面粗糙度增大,结晶性退化.对刻蚀后的薄膜在600℃后退火处理,能要在一定程度上恢复其表面形貌和结晶性.应用优化工艺制备BST薄膜阵列,采用剥离法将Au,Ni/Cr和Pt/Ti电极进行微图形化.最后,成功地制备了Au/Ni/Cr/BST/Pt/Ti/SiO2/Si结构的8×8元的红外探测器阵列.     

在LiNaO3基底上制备PZT铁电薄膜及其电性能研究

采用溶胶-凝胶法在LaNiO3/Si衬底上制作Pb(Zr0.5,Ti0.5)O3(PZT)薄膜,研究了退火温度对薄膜结构和性能影响.通过X-ray分析表明,在600℃退火时,PZT薄膜已形成钙钛矿相,且在(100)择优取向的LaNiO3底电极上制备得到了(100)择优取向的PZT薄膜.实验测得以LaNiO3为衬底上的PZT薄膜的剩余极化强度为Pr=26.83μC/cm2,矫顽场Ec=30.43 kV/cm,介电常数为ε=5509,介电损耗为0.203.     

单晶Tm2O3薄膜的制备与F-N隧穿机制

采用分子束外延方法结合原位退火生长技术在Si(001)衬底上制备了Tm2O3薄膜,XRD测量结果表明所制备样品为单晶Tm2O3.在低温环境下,采用MOS电容结构对薄膜进行I-V测试,研究了样品的F-N隧穿特性,得出Pt/Tm2O3和Al/Tm2O3的势垒高度分别为2.95,1.8eV.从能带的角度表明Tm2O3是一种高K栅介质候选材料.     

高择优取向(100)PZT铁电薄膜的磁控溅射生长

以射频（RF）磁控溅射法分别在Si（111）和Pt（111）／Ti／SiO2／Si基底上溅射沉积LaNiO3（LNO）薄膜电极,沉积过程中基底温度为370℃,然后对沉积的LNO薄膜样品进行快速热退火处理（500℃／10min）。X射线衍射（XRD）分析表明：Si（111）基底上LNO电极表现出高度的（100）取向,而Pt（111）／Ti／SiO2／Si基底上LNO电极则表现较强的（111）择优取向。然后在（100）LNO薄膜电极上生长PZT铁电薄膜,通过合适溅射工艺参数的选择,成功地制备了高度（100）取向的PZT铁电薄膜。     

测试频率对钕掺杂钛酸铋铁电薄膜极化反转疲劳特性的影响

首先介绍了铁电薄膜极化反转疲劳特性测试原理,然后研究了Bi3.54Nd0.46Ti3O12(BNT)铁电薄膜在不同测试频率下的极化反转时的疲劳特性.采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了BNT薄膜,发现其极化反转时的疲劳特性与外加测试频率之间存在着极强的依赖关系.研究表明BNT薄膜抗疲劳特性随测试频率减小而变差.在外加反转电场强度为2倍矫顽场强时,测试频率分别为50 kHz、100 kHz和1 MHz的情况下,经过6.7×108次极化反转后,薄膜的剩余极化值分别下降了36.1%、16.9%和7.1%.在相同条件下,测试了目前铁电存储器用的PbZr0.52Ti0.48O3(PZT)薄膜的疲劳特性,并与BNT的相比较,发现BNT薄膜的抗疲劳特性要明显优于PZT薄膜.文中对上述实验现象作了初步的解释.     

溶胶-凝胶法制备钛酸锶钡薄膜的光电子能谱研究

采用改进的溶胶-凝胶法配制了(Bax,Sr1-x)Ti O3(BST)溶胶.利用旋转涂覆工艺在Si O2/Si衬底上甩胶,在不同的热处理条件下制备出不同Ba/Sr比的BST薄膜.SEM测试结果表明BST薄膜断面平整致密,均匀,无裂纹;化学组态和结合能分析表明BST薄膜的价态为钙钛矿结构的价态.     

氧气气氛下退火温度对BST薄膜结构及物理性能的影响

利用溶胶凝胶法在Pt/TiO2/SiO2/Si (001)衬底上制备了(～70 nm)的Ba0.6Sr0.4TiO3 (BST)薄膜,采用磁控溅射法构建了Pt/BST/Pt/TiO2/SiO2/Si (001)电容器,研究了在氧气气氛中不同退火温度对BST薄膜结构及物理性能的影响.结果发现,650℃退火样品具有良好的结...     

不同m(Zr)/m(Ti)及靶形式在不同衬底上溅射PZT薄膜的研究

分别用m(Zr)/m(Ti)配比为30/70、53/47、70/30的源材料及陶瓷块状靶和预烧粉末靶的形式,在Ag、Au、Pt衬底上溅射制取PZT薄膜.比较分析了薄膜的钙钛矿结构形成情况,所需的热处理温度及铁电特性.研究表明:靶材的配比靠近30/70时较容易获得钙钛矿结构;用预烧粉末靶或用Ag衬底可降低热处理温度;用Au、Pt衬底能得到较好的电学特性.     

Cu2S阻性存储薄膜的制备及开关特性研究

采用脉冲激光沉积（PLD）方法于室温下在Pt/TiO2/SiO2/Si（111）及高导电的Si（111）衬底上制备了Cu2S固体电解质薄膜,后经X-射线衍射、原子力显微技术对薄膜的晶体结构和表面形貌进行了表征.通过400℃退火的Cu2S薄膜在Pt/TiO2/SiO2/Si（111）衬底上取向生长,而在高导电性Si（111）衬底上则无取向生长.最好用聚焦离子束刻蚀技术及PLD方法制备了Cu/Cu2S/Pt及Cu/Cu2S/Si（111）记忆单元,这些记忆单元都显示了较好的电阻开关特性,但是在不同衬底上制备的记忆元的＂关态＂与＂开态＂的电阻比表现出较大的差异,这些差异被归结为非反应电极与Cu2S薄膜间的不同界面性质所致.     

Sb~(3+)掺杂对Bi_2Ti_2O_7薄膜性能的影响

采用Sol-gel法,以Pt/Ti/SiO_2/Si为衬底在700℃下退火20 min制备了Sb~(3+)摩尔含量分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5和0.6的Bi_(2-x)Sb_xTi_2O_7薄膜.通过对薄膜进行XRD、SEM和C-V、J-V曲线测试,详细讨论了不同Sb~(3+)含量对Bi2Ti2O7薄膜在结构、表面形貌、电容和漏电流等方面的影响.研究结果表明:Sb~(3+)的掺杂在没有改变Bi_2Ti_2O_7薄膜焦绿石结构的基础上提高了薄膜的稳定性;Sb~(3+)的掺杂提高了薄膜的电容值,尤其是当Sb~(3+)摩尔含量为0.3时,电容峰值达到3.8×10~(-9)F;同时,Sb~(3+)的掺杂显著改善了薄膜的漏电流性能,使薄膜的漏电流密度可以低至1.1×10~(-10)A/cm~2.     

TiO2过渡层对BiFeO3薄膜微结构和铁电磁性质的影响

研究了TiO2过渡层对BiFeO3薄膜微结构和铁电磁性质的影响.采用溶胶-凝胶法分别在Si（100）和Pt（111）/Ti/SiO2/Si（100）衬底上制备了BiFeO3薄膜.通过加入约10 nm厚度的TiO2过渡层,在两种衬底上均制备出了纯相BiFeO3薄膜,而未加过渡层的薄膜均有杂相存在.与未加TiO2过渡层相比较,BiFeO3/TiO2薄膜表面颗粒大小更加均匀、致密、平整.在室温10kHz下沉积在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上的薄膜的损耗从0.094下降到0.028;而薄膜的介电常数变化不大,分别为177和161.在室温下同时测得了薄膜的电滞回线和磁滞回线.BiFeO3/TiO2薄膜的饱和磁化强度为16.8 emu/cm3,在600kV/cm电场下,剩余极化强度为9.8μC/cm2.研究表明,TiO2过渡层能够有效地抑制Bi FeO3薄膜杂相的生成,提高薄膜的表面平整度以及耐压性.     

0.2BiFeO3-0.8Bi4Ti3O12固熔薄膜的电性质

用溶胶-凝胶方法在LaNiO3包覆的Si（111）衬底上制备了BiFeO3掺杂的Bi4Ti3O12薄膜,XRD研究表明薄膜呈完全随机取向,通过BiFeO3的掺杂使Bi4Ti3O12层状钙钛矿的C轴缩短.铁电性测试的结果表明,薄膜的剩余极化强度为2.0μC/cm^2,略小于用溶胶-凝胶方法制备的纯Bi4Ti3O12薄膜的剩余极化强度.漏电流测试结果表明薄膜导电机构满足公式.     

Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)薄膜的取向生长及其铁电介电特性研究

用sol-gel工艺直接在Pt/Ti/Si O2/Si衬底上制备出了a轴择优取向(α(100)=62%)和高c轴取向(α(100)=96%)的Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNdT)薄膜.发现BNdT薄膜的铁电介电性能强烈依赖于晶粒取向.a轴择优取向BNdT薄膜的2Pr和εr值最高,分别为65μC/cm2和343(100kHz处);随机取向薄膜的2Pr和εr值为34μC/cm2和331;而高c轴取向薄膜的2Pr和εr值最低,分别为23μC/cm2和218.上述结果表明,BNdT的自发极化矢量靠近a轴.纯a轴取向BNdT薄膜的2Pr值可估算为84μC/cm2.     

环境振动能收集系统的微型压电悬臂梁设计与制作

研制长寿稳定电源已经成为微型无线传感网络中的关键技术之一,现有的化学电池容量有限,需要不断的逐个更换耗尽的电池,难以满足无线传感网的实际应用。本文提出利用压电材料的机电耦合特性收集环境振动能,该类型微电源有望成为MEMS提供长期电能。首先分析了利用压电材料收集振动能的原理,对微型悬臂梁结构的设计进行了简单的分析,重点介绍了用MEMS工艺加工微型悬臂梁的工艺流程。悬臂梁结构采用体硅和面硅加工工艺相结合,体硅工艺包括湿法和干法刻蚀硅及表面层结构,金属Pt层刻蚀等,面硅工艺包括溅射金属薄膜和利用Sol-Gel方法在Si/SiO2/Ti/Pt衬底上制作锆钛酸铅（Pb（Zr0.52Ti0.48）O3,PZT）压电薄膜等。经过反复工艺实验研究,确定一套稳定的微型压电能源的制作工艺流程。