飞秒脉冲激光沉积Si基α轴择优取向的钛酸铋铁电薄膜及Ⅰ-Ⅴ特性研究

采用飞秒脉冲激光沉积系统,在Si(111)衬底上制备了a轴和c轴择优取向的Bi4Ti3O12薄膜．X射线衍射(XRD)表明:室温(20℃)下沉积的Bi4Ti3O12／Si(111)薄膜呈c轴择优取向,晶粒的平均直径为20nm．在500℃沉积的Bi4Ti3O12／Si(111)薄膜呈a轴择优取向．测量了薄膜的电滞回线和Ⅰ-Ⅴ特性曲线,并用分布参数电路研究了Bi4Ti3O12薄膜的,Ⅰ-Ⅴ特性曲线和铁电性的关联性．a轴择优取向Bi4Ti3O12薄膜的剩余极化强度Pr=15μC／cm2,矫顽力Ec=48kV／cm．     

飞秒脉冲激光沉积 Si基α轴择优取向的钛酸铋铁电薄膜及I-V特性研究

采用飞秒脉冲激光沉积系统，在Si（111）衬底上制备了α轴和c轴择优取向的Bi4Ti3O12薄膜．X射线衍射（XRD）表明；室温（20℃）下沉积的Bi4Ti3O12／Si（111）薄膜呈C轴择优取向，晶粒的平均直径为20nm．在500℃沉积的Bi4Ti3O12／Si（111）薄膜呈α轴择优取向．测量了薄膜的电滞回线和，I-V特性曲线，并用分布参数电路研究了Bi4Ti3O12薄膜的，I-V特性曲线和铁电性的关联性．α轴择优取向Bi4Ti3O12薄膜的剩余极化强度Pr=15μC／cm^2，矫顽力Ec=48kV／cm．     

MOD法制备的Bi3.25Nd0.75Ti3O12薄膜的铁电各向异性行为

采用金属有机分解法(MOD)在(111)Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备了含(117)成分的c轴择优取向和α轴择优取向的Bi3.25Nd0.75Ti3O12(BNT)薄膜．实验发现，BNT薄膜的品型结构主要依赖于预退火条件．电学性能测试表明，α轴择优取向的BNT薄膜具有高的剩余极化和矫顽场，较高的介电常数和介电损耗，以及较大的电容调谐率；而c轴择优取向的则相反．BNT薄膜具有同Bi4Ti3O12(BIT)薄膜相似的铁电各向异性行为．     

Ag/Bi4Ti3O12/p-Si异质结的制备及其C-V特性研究

为制备符合铁电存储器件要求的高质量铁电薄膜,采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)工艺,制备了Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜及MFS结构的Ag/Bi4Ti3O12/P-Si异质结,对Bi4Ti3O12薄膜的相结构特征及异质结的C-V特性进行了测试与分析.XRD图谱显示,Si基Bi4Ti3O12薄膜具有沿c-轴择优取向生长的趋势,而Ag/Bi4Ti3O12/p-Si异质结顺时针回滞的C-V特性曲线则表明,该异质结可实现电极化存储.此外,对该异质结C-V特性曲线的非对称及向负偏压方向偏移的产生原因也进行了分析.在此基础上,为提高铁电薄膜的铁电性能及改善其C-V特性提出了合理的结构设想.     

退火温度对Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜微观结构影响研究

采用Sol-Gel工艺制备了Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜。研究了退火温度对Si基Bi4Ti3O12薄膜晶相结构、晶粒尺寸及薄膜表面形貌的影响。研究表明，退火温度低于450℃时Bi4Ti3O12薄膜为非晶状态，退火温度在550-850℃范围内均为多晶薄膜，而且随退火温度升高，Bi4Ti3O12薄膜更趋向于沿c轴取向的生长；而晶粒尺寸及薄膜粗糙度随退火温度升高而增大，但在较高温度下增长速度趋缓。     

Bi4Ti3O12层状铁电薄膜的结构与性能研究

采用脉冲激光沉积法(pulsed laser deposition,PLD),通过改变气氛氧压、衬底温度等工艺参数,在商业化的Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上制备了Bi4Ti3O12(BIT)系列薄膜.利用X射线衍射(XRD)表征了薄膜的结构特征;并采用RT2000进行铁电性能参数的测量,以此研究了工艺参数对薄膜结构和铁电性能的影响规律.分析结果表明,调整工艺参数能有效改善BIT薄膜的a轴取向度:气氛氧压越大、衬底温度越高,则薄膜的a轴取向度越高,剩余极化值也就越大.通过上述试验结果得到,在Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上制备BIT薄膜的优化条件为氧分压35Pa、衬底温度700℃.在此优化条件下制备的BIT薄膜为a轴择优取向,剩余极化值达到7μC/cm2.     

化学溶液沉积法制备的Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜的电学性能研究

采用化学溶液沉积工艺在电阻率为 6～ 9Ω·cm的n -Si(10 0 )衬底上生长Bi4Ti3O1 2 铁电多晶膜 ,研究了薄膜的电学性能 ,结果表明在 6 50℃下退火 1h得到的Bi4Ti3O1 2 薄膜具有良好的介电和铁电性能 ,其介电常数ε =12 9,剩余极化Pr=5.1μC/cm2 ,矫顽电场Ec=96kV/cm。     

Bi4Ti3O12薄膜的取向生长及其电性能研究

采用Sol—Gel工艺，在快速退火的工艺条件下制备了Bi4Ti3O12铁电薄膜，研究了退火温度及时间、薄膜厚度对Bi4Ti3O12薄膜的取向生长行为及其铁电性能、漏电流的影响，探讨了Bi4Ti3O12薄膜取向生长的微观机制．结果表明：退火温度显著影响薄膜的C轴取向生长，其(00ι)品面的取向度F=(P—P0)／(1-P0)由550℃的0．081增加到850℃的0．827，退火时间对其(00ι)晶面的取向度也有较大影响；经750℃以上温度退火处理的Bi4Ti3O12薄膜呈高度c轴取向，对铁电性能有较明显的削弱作用；薄膜的漏电流密度随退火温度升高而增大，但薄膜的c轴取向生长有利于减缓漏电流密度的增长。     

Sol-gel法制备LaNiO3/Bi4Ti3O12异质薄膜及性能研究

采用Sol-gel(溶胶-凝胶)法在Si衬底上制备LaNiO3/Bi4Ti3O12(LNO/BTO)叠层薄膜,并研究了不同退火温度下BTO薄膜的生长行为和铁电、介电性能.试验表明,与单晶Si直接作衬底制备的Bi4Ti3O12薄膜相比,引入过渡层LNO降低了Bi4Ti3O12薄膜与衬底的晶格失配度,减少了热应力和外应力,缓解了薄膜龟裂的现象,而且制备出的Ag/BTO/LNO/Si异质薄膜电容具有优良的介电性质.     

Ag/Bi3.25La0.75Ti3O12/Bi4Ti3O12/Si结构铁电薄膜制备及其铁电性能的研究

利用溶胶-凝胶(sol-gel)方法,在硅基底上制备了Bi3.25La0.75Ti3O12/Bi4Ti3O12/Si铁电薄膜,其中Bi4Ti3O12作为缓冲层.用XRD方法分析了该结构铁电薄膜的物相结构;用扫描电镜对薄膜样品进行表面形貌观察;并且对该结构的铁电性能进行了研究.     

掺杂Ti的纳米CrSi_2薄膜的制备

利用多靶磁控溅射设备交替沉积Cr、Ti和Si层,并通过随后的真空退火处理,制备了掺杂Ti的CrSi2薄膜。交替沉积薄膜500℃退火2h,薄膜中除含有(Cr,Ti)Si2相外,还有部分残留的沉积Si相和少量反应生成的CrSi相;退火时间增加,沉积Si相和CrSi相减少而(Cr,Ti)Si2相增多;500℃退火6h及以上时,薄膜中仅有(Cr,Ti)Si2相。测量薄膜X射线衍射峰半高宽,利用谢乐公式估算薄膜平均晶粒尺寸表明,退火时间从2h增加到8h,薄膜中(Cr,Ti)Si2相晶粒尺寸由68nm近似线性增加到81nm。退火获得的(Cr,Ti)Si2薄膜具有纳米结构和(111)面单一取向。随着掺杂Ti原子分数的增加,薄膜X射线衍射谱中(Cr,Ti)Si2(111)晶面衍射角逐渐向低角度方向移动,这反映(Cr,Ti)Si2相的晶格常数a和c逐渐增大。晶格常数的变化与掺杂Ti的原子分数近似呈线性关系,这是结构中半径较大的Ti原子替换半径较小的Cr原子所造成的。计算分析显示,单晶Si(100)上(Cr,Ti)Si2(111)晶面外延生长是它们的界面晶格畸变能较低的结果;Ti原子分数增加,(Cr,Ti)Si2薄膜的(111)晶面择优取向程度下降。     

(Pb0.90La0.10)Ti0.975O3/LaNiO3薄膜的射频磁控溅射制备和性能研究

采用射频磁控溅射技术,以LaNiO3(LNO)作为过渡层,在SiO2/Si(100)、Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)衬底上分别获得了(100)、(110)取向的(Pb0.90La0.10)Ti0.975O3(PLT)铁电薄膜.研究了LNO/Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)和LNO/SiO2/Si(100)基底对PLT薄膜微结构和铁电性能的影响.实验结果表明,与在LNO/Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)基底上沉积的(110)取向的PLT薄膜相比较,在LNO/SiO2/Si(100)基底上沉积的高度(100)取向的PLT薄膜具有更好的微结构和更高的剩余极化强度,其2Pr为40.4μC/cm2.     

气压对射频磁控溅射Bi4Ti3O12薄膜的影响

在不同溅射气压下,采用射频磁控溅射技术在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了钛酸铋（Bi4Ti3O12）薄膜。在较低的气压（0.45-0.8Pa）下,得到了单相的Bi4Ti3O12薄膜;在较高气压（1.0-1.8Pa）下,薄膜中出现Bi2Ti2O7焦绿石相;随着气压的增加,薄膜的沉积速率和晶粒尺寸先增大后减小,表面粗糙度也逐渐增加;在适宜的气压（0.6Pa）下,得到的Bi4Ti3O12薄膜物相单一、表面平整致密、结晶良好。     

化学溶液沉积法制备Nd和Sc/Al/(Sc,Al)共掺杂钛酸铋铁电薄膜的电性能研究

利用化学溶液沉积法在Pt/Ti/SiO2/Si(100)基底和700℃条件下分别制备了Nd和Sc/Al/( Sc,Al)共掺杂的钛酸铋薄膜Bi3.15 Nd0.85 Ti2.94 Sc0.06O12 (BNTSc)、Bi3.15 Nd0.85 Ti2.94 Al0.06O12(BNTAl)和Bi3.15Nd0.85 Ti2.94(Sc0.03,Al0.03)O12(BNT(Sc,Al)),并研究和对比了这一系列薄膜的微结构、介电、铁电和漏电流等特性.结果发现BNT( Sc,Al)薄膜具有较高的剩余极化强度和介电常数,其漏电流密度低于BNTAl薄膜.另外,还讨论了相关的物理机制.     

湿化学工艺SrNbxTi1-xO3导电薄膜的制备及性能

采用湿化学工艺在硅衬底上成功地制备了结构致密、均匀且无龟裂的SrNbxTi1-xO3薄膜.金属盐的冰醋酸溶液经回流再加入乙酸酐除去无机阴离子和结晶水,形成的金属醋酸盐与适当的络合剂形成的多配体络合物经部分水解生成的羟基化合物M(OH)n-x(L)x(L=C4H6O6或AcAc,M=Sr或Ti或Nb)经羟基聚合形成SrNbxTi1-xO3簇状溶胶.丙三醇抑制了羟基金属过度聚合,甲基纤维素(MCL)使SrNbxTi1-xO溶胶具有网状结构.SrNb0.1Ti0.9O3(SNTO)凝胶薄膜经过650～750℃/30min退火形成假立方钙钛矿结构.应用XRD、SEM和TEM对薄膜结构和形貌进行表征.室温下SNTO薄膜的电阻率为54μΩ·cm,而在160K到室温之间薄膜电阻率随温度的变化遵从p=p0 AT2.分析结果表明:Nb5 离子的施主掺杂改变了禁带宽度,实现了SrTiO3的n-型半导体化.SNTO(100)/Pt/Ti/SiO2/Si衬底上的Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)薄膜的择优取向明显,较之于Pt/Ti/SiO2/Si衬底上的PZT薄膜有良好的铁电性,其剩余极化强度也比PZT/Pt(111)/Ti/SiO2/Si的大.     

脉冲激光沉积法在Si(111)衬底上生长高c轴取向LiNbO3薄膜

在氧压20Pa,衬底温度600℃,靶材与衬底距离4cm的最优化条件下,利用脉冲激光沉积(PLD)技术首次在无诱导电压和任何缓冲层的情况下,在单晶Si(111)衬底上生长具有优良结晶品质和高c轴取向的LiNbO3晶体薄膜.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对LiNbO3薄膜的结晶品质,择优取向性以及表面形貌进行了系统的分析.结果表明生长出了具有优异晶体质量的c轴取向LiNbO3薄膜,表面光滑平整且无裂纹产生,表面粗糙度约4.8nm,有利于硅基光电子器件的制备和利用.     

Sol-Gel工艺Si基Bi4 Ti3 O12铁电薄膜制备与晶相结构研究

采用Sol-Gel工艺制备了Si基Bi4TiO12铁电薄膜.研究了退火温度、退火时间、薄膜厚度等对薄膜晶相结构的影响.研究表明,退火温度对Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜晶相结构的影响最为显著,而且随退火温度升高,Bi4Ti3O12薄膜更趋向于沿c-轴取向的生长;退火时间在30分钟内对薄膜晶相结构的影响比较明显;薄膜厚度及30分钟以上的退火处理对薄膜晶相结构的影响不大.     

快速退火工艺条件下温度对Bi4Ti3O12铁电薄膜微观结构与性能的影响

采用快速退火工艺在Pt/Ti/SiO2/p-Si衬底上制备了Bi4Ti3O12铁电薄膜.研究了退火温度对薄膜微观结构、铁电特性及介电性能的影响.研究表明:退火温度对Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜晶相结构的影响显著,对晶粒尺寸和表面形貌的影响较小,但退火温度超过800℃后会出现焦绿石等杂相;低于750℃时,薄膜的剩余极化随退火温度升高而增大,高于750℃时却有所减小,但矫顽电场随退火温度升高而逐渐降低;退火温度对薄膜的漏电流密度有一定的影响,薄膜的漏电流密度在200kV/cm极化电场作用下低于3×10-9A/cm2,750℃时的剩余极化和矫顽电场分别为11μC/cm2和77kV/cm,具有较好的铁电和介电性能.     

Sol-gel方法制备BiFeO_3/Bi_4Ti_3O_(12)多层薄膜及其电性能

采用溶胶-凝胶方法在FTO/glass底电极上制备了BiFeO3/Bi4Ti3O12和Bi4Ti3O12/BiFeO3多层薄膜。研究了室温下薄膜的结构,铁电性质和介电性质,并将其与纯的BiFeO3薄膜的性质进行了比较。从薄膜的XRD模式中可以观察到共存的BiFeO3相和Bi4Ti3O12相。通过电滞回线测量可以看出,相对于纯的BiFeO3薄膜,BiFeO3/Bi4Ti3O12和Bi4Ti3O12/BiFeO3多层薄膜能够承受更高的测试电场而获得充分极化,从而表现出较强的铁电性,在450kV/cm测试电场下,薄膜的剩余极化强度分别为37μC/cm2和23μC/cm2。     

退火温度对Pt／SrBi2Ta2O9／BiaTi3O12／p—Si异质结微观结构与性能的影响

采用sol-gel工艺制备了Pt／SrBi2Ta2O9／Bi4Ti3O12／p—Si异质结．研究了退火温度对异质结微观结构与生长行为、漏电流密度和C-V特性等的影响．研究表明：成膜温度较低时,SrBi2Ta2O9、Bi4Ti3O12均为多晶薄膜,但随退火温度升高,Bi4Ti3O12薄膜沿C轴择优生长的趋势增强;经不同退火温度处理的Pt／SrBi2Ta2O9／Bi4Ti3O12／p-Si异质结的C-V曲线均呈现顺时针非对称回滞特性,且回滞窗口随退火温度升高而增大,经700℃退火处理后异质结的最大回滞窗口达0．78V;在550～700℃范围内,Pt／SrBi2Ta2O9／Bi4Ti3O12／p—Si异质结的漏电流密度先是随退火温度升高缓慢下降,当退火温度超过650℃后漏电流密度明显增大,经650℃退火处理的异质结的漏电流密度可达2．54×10^-7A／cm^2的最低值．