脉冲激光沉积SrBi2Ta2O9铁电薄膜的研究

铁电薄膜存储器(FRAM)由于具有动态随机存储器(DRAM)快速读写功能和可擦写唯读存储器(EPROM)非挥发性,又具有抗辐照、功耗低等特性,已成为国际上固态器件研究的一个热点。铁电存储器常用的铁电材料是Pb(ZrTi)O_3(PZT)等氧化物钙钛矿结构材料。由于这些铁电材料抗疲劳性能较差,阻碍了铁电存储器的商品化进程。de Araujo等人报道了铋系层状类钙钛矿结构的铁电薄膜具有抗疲劳特性,用这类铁电材料制作的铁电存储器,在10~(12)次重复开关极化后,仍没有显示疲劳现象,并且具有很好的信息储存寿命和较低的漏电流。     

氧气压对激光淀积BaTiO3薄膜晶体结构的影响

由于铁电薄膜的诱人应用前景,最近几年受到人们的极大关注。铁电氧化物薄膜可望用于多种微电子学和光子学器件,如:铁电存储器,电光调制器,红外探测器,光学二次谐波发生器以及超导铁电器件等。BaTiO_3薄膜是最重要的钙钛矿结构铁电薄膜之一,它具有优良的压电,铁电,热释电和非线性光学性质。所以,很多研究组都很重视BaTiO_3薄膜的生长机理和改进薄膜性能的研究。     

射频磁控溅射制备铁电PLZT薄膜的研究

由于铁电薄膜具有一系列的特殊性质,如铁电开关特性、压电效应、热释电效应、电光和声光效应、非线性光学效应等,因而在微电子学及光电子学领域中得到了广泛的应用,特别是以铁电薄膜为基础的铁电随机存取存储器的开发成功,显示出了高速度、高密度、非挥发性及抗辐射性等优良性能,更进一步促进了对铁电薄膜的研究.同时,由于薄膜制备技术的发展,     

铁电(Pb_(0.925)La_(0.075))(Zr_(0.65)Ti_(0.35))_(0.981)O_3薄膜的疲劳特性研究

铁电薄膜(BaLiO_3,PbLiO_3,(Pb_(1-x)La_x)(Zr_yLi_(1-y))_(1-x/4)O_3(PLZL_x/y/(1-y)),LiNbO_3,Bi_4Li_3O_12等)在近20年来由于其在电、光学上的大量应用而被广泛地研究,尤其是铁电薄膜存储器综合了半导体存储器与磁存储器的优点,具有高速度、高密度、非挥发性和极好的抗辐射性等特点,并能与半导体工艺相兼容,是国际上研究的热门领域.这些应用都需要高质量的铁电薄膜,许多薄膜制备技术,如纪光闪蒸、溅射、外延沉积、化学蒸发沉积和sol-gel方法等,已被用于在各种衬底上制备铁电薄膜.     

透明铁电薄膜的织构生长及薄膜铁电性研究

钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅镧等铁电陶瓷已在压电、热释电器件中得到广泛的应用,其薄膜形式由于能集成化,可用于多种微电子器件,如非挥发性存储器(NVFRAM)、声表面波器件(SAW)、光开关、波导、调制器等,在微电子和光电子领域有巨大应用潜力。掺镧钛酸铅薄膜有较强的电光特性,铁电薄膜的制备方法常用的有磁控溅射、Sol-Gel和MOCVD,磁控溅射在精确控制薄膜的化学计量比上有困难,Sol-Gel和MOCVD工艺要求特殊的金属有机化合物;脉冲激光沉积(pulsed laser deposition)方法,简称PLD,用陶瓷作靶材可以保持靶、膜成分一致,能在大氧压下沉积高熔点材料,目前采用PLD技术已成功地制备出YBCO,PZT等多种薄膜。在硅衬底上以PLD法制备多晶(Pb,La)TiO~3薄膜已有报道。     

c轴取向Bi4Ti3O12铁电薄膜的制备与光学性质

Bi-4Ti-3O-(12)(BIT)是一种重要的铁电材料,Curie温度为675℃,自发极化矢量位于a-c平面上有两个分量,在外场作用下可以各自独立地反向,且沿c方向矫顽场强很低,为3.skV/cm.开关速度快,抗辐射能力强,抗疲劳特性好.在无外场作用下能保持记忆,具有与半导体工艺集成的潜力.特别是c轴取向的BIT薄膜不仅能作电场记忆,还能实现光记忆,很适合作铁电存储器、电光器件、光存储显示材料,具有广泛的研究开发和应用前景,该材料已成为当今国际上研究的主要材料之一.     

无疲劳SrBi2Ta2O9铁电薄膜的光学性质研究

层状钙钛矿SrBi_2Ta_2O_9(SBT)铁电薄膜具有无疲劳和在亚微米(<100 nm)厚度下仍具有体材料的优良电学性质等特性。这使SBT薄膜成为铁电薄膜研究中最热门的材料     

有机非挥发性存储器的研究进展

有机存储器在未来存储器应用中具有非常光明的前景, 因此在学术界和工业界均引起广泛的研究兴趣. 近几年来, 有机存储器在材料、器件性能及电路集成方面都取得了飞速的发展. 本文从器件结构、性能、所用材料与集成等方面, 综述了有机存储器的最新研究进展, 同时讨论了阻碍有机存储器发展及其商业化应用的原因.     

MOD法制备PLZT铁电薄膜的研究

锆钛酸铅镧(PLZT)铁电陶瓷材料在介电、热释电、压电、铁电以及电光等方面均具有良好的特性,而且由于它的组成在较宽广的范围内可以调整,使得某一方面的特性更加优越.因此在电子和电光器件中得到非常广泛的应用,其薄膜材料更是适应了微电子学发展的需要而受到了极大的重视.由于该材料是4组元固溶体.同时要考虑到和半导体工艺兼容,因而对薄膜制备技术要求较高.在这方面,磁控溅射、激光闪蒸和Sol-Gel或MOD等先进的薄膜制备工艺均获得了成功.本文采用金属有机物热分解(MOD)工艺,在成功地解决了金属有机化合物的基础上制备了厚度在1 000nm左右的PLZT(8/65/35)铁电薄膜.对薄膜的相结构,显微结构以及铁电性能进行了研究.l 实验采用湿法化学的MOD工艺制备多组元晶态薄膜,金属有机化合物的选取和获得是该工艺的基础.在实验中,钛的有机化合物为商用化学纯钛酸四丁酯,铅、镧和锆的有机化合物为自制的庚酸铅、庚酸镧和丁酸氧锆.采用碳链较长的庚酸铅是为了在热分解过程中减少铅的挥发.将以上4种金属有机化合物按化学计量比配制成PLZT(8/65/35)有机先驱体溶液,为进一步补偿铅的挥发损失,在溶液中加过量5摩尔分数的庚酸铅.采用多次旋涂-热分解方法制备一定厚度的薄膜,薄膜最终热处理温度为550℃基片为Si和Pt/Ti/S     

纸基和类纸基柔性薄膜器件研究进展

近年来,柔性薄膜器件得到了蓬勃的发展,尤其是纸基或类纸基的器件由于具有低成本、柔性、多孔性、自发的液体驱动性等独特的优势,在生物、化学、物理、材料等领域都已得到了广泛的应用.得益于纸基和类纸基(柔性基质材料和光子晶体纸)等膜材料的快速发展,许多多功能、高集成的膜基器件得以问世,使得传统纸张与其他薄膜材料之间的严格界限也逐渐变得模糊.传统纸张可以被认为是一种柔性的薄膜材料,而具有适当柔性或多孔结构的薄膜材料也可以被定义为"纸".纸基和类纸基材料可以驱动液体和调控电子,制作出来的柔性薄膜器件可以用于生化分析器件和复杂的微电子器件.本文较为全面地对传统纸张以及其他柔性薄膜材料所制作的柔性薄膜器件的历史发展和最新进展进行了总结,包括纸基和类纸基柔性膜的制备方法、对微流体和电子的操控和基于这些操控所衍生出来的多元化应用.     

钛酸铅铁电薄膜的表面层

大量的实验和理论分析表明:铁电体(包括块体和薄膜材料)都具有一个与体内性质不同的表面层.表面层的存在对铁电体的性质有显著的影响,如介电常数峰值降低,Curie温度偏移,相变点以上仍能观察到热释电效应等.表面层对铁电薄膜性质的影响更加显著,如单晶钛酸钡薄膜的相变表现出弥散特性、介电常数偏低、矫顽场强偏大等.用掠射角X射线衍射法(Glancing angle X-ray diffraction)(GAXRD)可以分析材料浅表层的结构特征,以区分表层与体内的结构差异.     

ZnO薄膜的Sol-Gel制备与结构分析

ZnO薄膜是一种极为重要的多功能电子材料,已广泛地应用于体声波(BAW)延迟线、声表面波(SAW)器件、声光器件,以及气敏、力敏、压敏等传感器件中.传统的ZnO薄膜制备技术主要有射频磁控溅射,离子束蒸发,化学气相淀积等几种,近年来,Sol-Gel技术得到了很大的发展,已成功地制备出高取向的PbTiO_3薄膜.高取向和外延的K(Ta,Nb)O_3薄膜和(Sr,Ba)Nb_2O_6薄膜等,利用该工艺制备高质量的薄膜,有着极大的发展潜力.本文报道了采用Sol-Gel法在石英玻璃衬底上制备高c轴取向ZnO薄膜     

介电/半导体复合薄膜生长控制

当前, 电子信息系统为了实现体积更小、速度更快和功耗更低, 正快速向微小型化以及单片集成方向发展, 其中的各种有源器件(主要为半导体材料支撑)和无源器件(主要为功能材料支撑)的集成尤为重要和迫切. 因此, 将具有电、磁、声、光、热等功能特性的介质材料(以极化为特征)与具有电子输运特性的半导体材料, 通过固态薄膜的形式生长在一起, 形成介电/半导体复合人工新材料, 这种复合薄膜将具有多功能一体化和介电-半导体异质层间电磁性能的调制耦合两大特点, 这些特征既为实现信息的探测、处理、传输、执行和存储等5种主要功能单元的单片集成提供了可能,又将长期以来人们追求单一材料的物理极限的研究转移到追求异质结构的复合效应中来, 这为研制更高性能的电子器件提出了新的思路. 结合当前国内外在介电和半导体复合薄膜生长的研究进展情况, 介绍和讨论了我们近期在氧化物介电材料与半导体GaN复合薄膜生长与界面控制方面的一些研究结果.     

热处理工艺对KTa0.65Nb0.35O3薄膜结晶学性能的影响

钽铌酸钾(KTa_(1-x)Nb_xO_3,简称KTN),铁电与顺电相变温度(T_c)可通过改变钽铌比调节,将T_c调节到近室温附近,其晶体具有良好的热释电、电光和非线性光学性质,可用于热释电探测器、电光调制器、电光偏转器、全息存贮等,其薄膜可用于光电子器件和集成光学器件中.当x=0.35时,KTN在无机材料中具有最大的二次电光系数.我们用Sol-Gel法制备了其沿(100)、(111)取向生长的薄膜.薄膜的结晶学性能对薄膜的电学、光学和电光性能有很大的影响,如焦绿石结构相的存在,使KTN薄膜失去铁电性.另外,薄膜的Curie温度(T_c)升高,介电温谱峰竞化,剩余极化强度降低,电滞回线变窄等,不仅与尺寸效应、衬底对薄膜的应力有关,而且与薄膜的结晶学性能有关.本文研究了热处理工艺对薄膜的结晶学性能的影响.     

不同溅射条件对超薄外延氮化铌薄膜超导性能的影响

氮化铌(NbN)由于其较高的超导转变温度、较窄的转变宽度以及良好的稳定性一直被广泛地应用于低温超导器件中.因此,生长高质量的超导Nb N薄膜是制备高性能薄膜超导器件的关键及难点.本文主要介绍了利用磁控溅射法在氧化镁(MgO)100基底上生长厚度为5 nm的超薄超导外延NbN薄膜,并系统分析了溅射参数对薄膜性能的影响.实验结果表明,在合适的氮氩比或功率下,高真空、高溅射温度、低工作气压与NbN薄膜超导转变温度成正相关.采用综合物性测量系统(physical property measurement system, PPMS)进行电学分析,所制备的NbN薄膜超导最高转变温度为12.5 K.该工作为进一步研究超薄NbN薄膜的生长提供了理论指导,也为后期在其他基底上制备NbN超导器件提供了基础.     

嵌埋于极化BaTiO3薄膜内的Ag纳米微粒对基体中二次谐波产生的增强作用

近年来,铁电薄膜的光学性质引起了许多研究者的注意.除较为常用的电光效应外,人们还发现了极化后的BaTiO_3薄膜在激光辐射下产生很强的二次谐波,表明这类材料在非线性光学领域有很好的应用前景.最近,我们利用sol-gel过程制备具有嵌埋结构的铁电薄膜——金属纳米微粒体系,发现这类新型材料具有很特殊的光吸收性质.本文对这类材料的二次非线性光学性质进行了研究,发现金属纳米微粒对铁电薄膜中二次谐波的产生有明显的增强作用.实验所用的样品为淀积在石英玻璃基片上的、嵌埋Ag纳米微粒的BaTiO_3薄膜,用sol-gel法制备,具体过程见文献[2].石英基片的厚度为lmm,面积约为1.5cm~2,利用局部腐蚀法和台阶测厚仪测得薄膜厚度在1.6～2.0μm之间.样品的极化过程在两块极     

溶胶-凝胶工艺制备铁电钛酸铅薄膜及电学性质

隨著材料科学、电子学的迅速发展,电子器件日趋微型化和集成化。铁电薄膜由于具有压电、热释电和电光等多种特性,又具有便于集成化和平面化的形式,受到了高度重视。其中,铁电钛酸铅(PbTiO_3)因具有居里温度高,介电常数小,热释电系数大等优点,国外已用溅射法制得的PbTiO_3薄膜作成了非挥发性记忆元件,热释电红外探测器,超声传感器和低阈值的电致发光元件等,显示出其多方面的应用前景。     

富勒烯薄膜的波导Raman散射增强效应

以C_(60),C_(70)为代表的富勒烯材料,自Kr(?)tschmer等人发现其有效制备方法之后,已成为材料科学研究的热点之一,被认为在半导体、超导体、有机导体、非线性光学、金刚石薄膜合成、有机化学、医药、润滑等方面有着巨大的潜在应用价值.尤其是作为一种新型光学材料而倍受人们关注.C_(60)由于具有共轭大π电子云体系而表现出强烈的三阶非线性光学效应,使其有可能成为十分有前途的非线性光学材料,而其反饱和吸收特性则使其可以制成光限幅器件、光双稳器件和全光学开关等.本文研究了沉积于粗糙介质表面C_(60)薄膜的波导Raman散射(waveguide Raman scattering).波导Raman散射是结合集成光学和Raman散射的一种测试介质上薄膜性能的灵敏方法,文献[4]报道了C_(60)薄膜的波导Raman散射现象,但是用的光源为100mW的Ar~+激光.然而,这种较强的激光有可能破坏C_(60)膜中的分子结构诸如发生聚合反应等,从而影响其本征的Raman谱.本文报道了采用30mW的He-Ne激光为激发光源,观察到粗糙介质表面C_(60)薄膜的波导Raman散射增强效应.     

用具有单晶硅辐射基片加热器和活性氧发生器的激光淀积系统制备双面YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导薄膜

超导微波器件是高温超导薄膜的重要应用之一,尤其是使用YBa_2Cu_2O_(7-δ)(YBCO)高温超导薄膜制作无源微波器件,例如超导微带谐振器、滤波器、超导天线、超导延迟线等,更受到各国有关研究组的重视,而且发展很快.这类器件的核心部件是一块刻成特定图形的YB-CO超导薄膜,在薄膜的另一面放置另一块低电阻率的金属薄膜或超导薄膜做为接地电极.这种结构的微波器件虽然取得了很大进展,但是仍然因为基片的微变形或金属电极的电阻而使器件的损耗较大,这种由于非理想接地电极引起的损耗可能占到总损耗的30%.如果用双面超导薄膜制作微波器件则这种损耗可以消除.因而,使用双面超导薄膜制备超导微波器件是进一步降低微波损耗的重要途径.从90年代初到现在国际上一些先进的实验室一直进行制备双面超导薄膜的研究,并在美、日、德等国的一些实验室获得成功.制备双面超导薄膜的方法有多种,如脉冲激光淀积(PLD)法、MOCVD法、共蒸发法和溅射法等.在这些方法中脉冲激光淀积法因为有其独特的优点而倍受重视.采用激光法制备双面高T_c超导薄膜的关键之一是基片的非接触加热技术.目前常被采用的非接触加热方法有3种:1.卤素灯加热,2.空腔加热,3.二氧化碳激光加热.以上3种加热方法都存在着各种不同的缺点,例如结构复杂,使用不便     

有机半导体薄膜的有序化及其器件应用

近些年来,有机薄膜场效应晶体管(OTFTs)得到了快速的发展,但是载流子在薄膜中的传输机理以及如何有效地通过控制有机半导体层的形貌来构筑高性能的有机薄膜晶体管器件仍然是当前研究的难点.本文从有机共轭小分子半导体材料出发概述了通过不同的加工方式来优化和改善其薄膜的有序性,从而进一步提高载流子在半导体层的传输特性及其场效应性能,为制备高性能的有机半导体薄膜器件提供了新的视角和途径.