Co-C纳米复合薄膜的微结构、磁性能和磁输运特性

采用磁控溅射法在硅基片上制备了Co原子分数为13.0%的Co-C纳米复合薄膜.在真空条件下,对薄膜进行退火处理,退火温度从473K逐步提高至773K,保温时间30min.形貌观察表明,未经退火处理的薄膜中,Co颗粒均匀分布在非晶C基体中,Co颗粒尺寸为1.5-3.0nm;673K退火后,Co颗粒尺寸增大.磁性能测试表明,未经退火处理的薄膜磁性较弱,随着退火温度升高,薄膜的磁化强度和矫顽力均明显增大;当退火温度增加至673—773K时,薄膜呈现出低温铁磁性、室温超顺磁性的典型颗粒体系磁性特征.磁输运特性研究表明,未经退火处理的薄膜在温度为4.2K,磁场为3980kA/m时表现出1.33%的负磁电阻,随着退火温度升高,样品磁电阻值下降;电阻与温度关系在4.2—60K范围内符合lnR-T~(-1/4)线性关系,磁输运遵循变程跳跃(variable range hopping)传导机制.     

Co含量对Co-C纳米复合薄膜磁性能和磁电阻的影响

采用磁控共溅射法制备了Co含量介于6.4at%~16.4at%的Co-C纳米复合薄膜。形貌观察表明,Co纳米颗粒均匀分散在C基体中,相邻Co颗粒被C基体较好地分离,样品呈现典型的颗粒薄膜结构。Co颗粒平均尺寸随Co含量增加而增大。薄膜在低温下磁性较强,在室温下磁性较弱;磁化强度随Co含量增加显著提高。当温度为4.2K、磁场为90×79.6kA·m-1时,在Co含量为6.4at%、8.3at%和9.6at%的Co-C薄膜中分别观察到9.1%、4.3%和1.9%的负磁电阻,为碳基磁性颗粒薄膜获得优异磁输运性能提供可能。受微结构变化影响,样品磁电阻值随Co含量的增加而下降。     

铁酸铋薄膜退火工艺研究进展

铁酸铋(BFO)多铁性材料因具有丰富的物理性能,以及其在存储器、传感器、电容器、光伏器件等方面的广阔应用前景,在过去几十年一直受到广泛的关注。然而,由于Bi元素在高温下容易挥发,所以很难合成纯相的BFO薄膜。此外,因存在氧空位或由于Fe离子变价导致的非化学计量比等缺陷,使其漏电流密度较大,严重影响BFO薄膜的铁电性能及实际应用。退火工艺是影响材料微结构及宏观性能的重要因素,因此通过退火工艺来调控BFO薄膜的结构及性能是一种十分有效的手段。然而,退火工艺包括退火时间、退火气氛、退火温度以及退火方式等多种形式,究竟每一种退火形式如何影响BFO薄膜的结构及性能是值得探讨的问题。为此,综述了退火工艺(括退火时间、退火气氛、退火温度以及退火方式)对BFO薄膜的结构(晶粒尺寸、形状,电畴尺寸、类型,表面形貌)和性能(磁性、铁电性、介电性、漏电性、导电机制)的影响的研究进展,并提出了一些亟待解决的问题。     

多铁性复合陶瓷xZnFe2O4/（1-x）PZN-PZT的制备及性能

采用传统的固相反应法,制备了xZnFe2O4/(1–x)PZN-PZT系列的多铁性复合陶瓷,并研究了不同组分对该复合材料的结构、介电、铁电以及磁性的影响。研究表明:尖晶石结构的ZnFe2O4有助于稳定该材料的四方相结构;复合材料的介电、铁电性质强烈地依赖于材料的组分,当x=2.5(质量分数,%)时,介电常数、剩余极化强度以及矫顽场都达到最大值;此外,复合材料的磁性与纯的ZnFe2O4陶瓷有显著的不同。     

Co-TiO2纳米复合薄膜中化学状态和磁电阻的基底温度依赖性(英文)

采用磁控溅射法在不同基底温度下制备Co-TiO₂纳米复合薄膜。所合成的纳米复合薄膜由TiO₂非晶基体和分散其中的Co颗粒组成,呈铁磁和超顺磁共存的特性。随着基底温度从室温升高到400°C,Co颗粒尺寸逐渐增大,氧化程度明显降低。因此,在Co含量相同的情况下,随着基底温度的升高(从室温升高至400°C),饱和磁化强度从0.13增加到0.43 T。在高基底温度下,一部分Co颗粒聚集形成导电路径,导致电阻率从1600快速下降至76μΩ·m。即使在电阻率低至76μΩ·m的情况下,依然能获得Co-TiO₂的磁电阻性能。结果表明,纳米复合薄膜在室温下具有低Co氧化、高磁化强度和磁阻特性。     

铁酸铋薄膜光伏效应研究进展

铁酸铋是目前唯一在室温下同时具有铁电性和反铁磁性的单相多铁性材料,并且这两种铁性有序之间存在磁电耦合效应,其铁电居里温度和反铁磁奈尔温度都远在室温以上,在光电器件、自旋电子器件、铁电随机存储器、磁电存储单元等领域有着广阔的应用前景。此外,作为一种典型的铁电材料,铁酸铋还具有较大的剩余极化强度、相对较小的带隙宽度以及较大的光吸收系数,理论上具有较大的光电转换效率,有望成为下一代太阳能光伏电池的备选材料。然而,目前有关铁酸铋材料光伏效应的机制还没有明确的定论,影响其光伏效应的因素较多,例如电畴、界面、厚度、退极化场、缺陷及极化强度等。欲提高铁酸铋材料的光电转换效率,许多问题亟待解决。综述了近几年来国内外关于铁酸铋薄膜光伏效应机制方面的研究。     

TbDyFe超磁致伸缩薄膜的低场磁敏特性

采用磁控溅射法制备了TbDyFe超磁致伸缩非晶薄膜,研究了真空热处理退火及软磁性Fe薄膜的交换耦合作用对TbDyFe超磁致伸缩的低场磁致伸缩性能的影响.研究结果表明:真空退火处理通过改善薄膜的微结构及应力状态,有效地提高薄膜了的低场磁敏性能;易磁化方向平行于膜面的软磁Fe膜的复合,使薄膜平行于膜面的易磁化性能大大提高,复合薄膜的强制磁致伸缩系数(dλ/dH)提高3倍以上.单层薄膜厚度越小,交换作用越强,低场磁致伸缩性能越好;当薄膜厚度大于交互作用距离、薄膜的总厚度不变时,单层薄膜的厚度变化对复合薄膜的磁致伸缩性能没有影响.     

3d过渡金属掺杂对Bi0.8Ba0.2FeO3陶瓷多铁性能的影响研究

采用传统固相烧结法制备多铁性Bi_(0.8)Ba_(0.2)Fe_(0.9)M_(0.1)O_3(M=Cr,Mn,Ti)陶瓷。X射线衍射图谱(XRD)表明该材料为纯相菱形钙钛矿结构,属于R3c空间点群。铁电测试结果表明,Bi_(0.8)Ba_(0.2)Fe_(0.9)Ti_(0.1)O_3陶瓷具有室温下的最大剩余极化值(2Pr)为0.64μC/cm~2和低频时的最小介电常数值(ε)为140。同时,所有样品的介电常数和介电损耗均随着频率的增加而降低且在高频时趋于稳定。磁性测试结果表明,Bi_(0.8)Ba_(0.2)Fe_(0.9)Mn_(0.1)O_3陶瓷具有室温下的最大剩余磁化值(2Mr)为1.46(A·m~2)/kg。显著的磁极化前后P-E回线变化被观察到,这直接说明了多铁性Bi_(0.8)Ba_(0.2)Fe_(0.9)M_(0.1)O_3(M=Cr,Mn,Ti)陶瓷中存在磁电耦合效应,且Bi_(0.8)Ba_(0.2)Fe_(0.9)Cr_(0.1)O_3样品具有最显著的磁电耦合效应值为5.8 m J/cm~3。     

铋取代钇铁石榴石/环氧树脂磁光复合薄膜的共沉淀制备

报道了铋取代钇铁石榴石(Bi-YIG)/环氧树脂磁光复合薄膜的制备工艺.经透射电镜(TEM)分析,Bi-YIG颗粒尺寸随热处理温度和时间的降低而显著减小.通过详细讨论热处理条件对薄膜Faraday旋转角(θF)和光散射系数(S)的影响,确定最佳热处理条件为650℃下保温4 h.得到的复合薄膜,在激光波长λ=633 nm下测量,拥有最大磁光优质(θF/S),其达到4.7°.     

Fe-Al合金薄膜的磁致伸缩特性

一般稀土金属-过渡金属系磁致伸缩材料都有脆和容易氧化等问题。而具有体心立方结构（bcc）的铁系磁致伸缩材料，较之稀土-铁系材料具有较高的韧性和耐蚀性。Fe-17％（原子）Ga单晶合金在室温下显示很高的磁致伸缩敏感度，但这一合金有价格高昂且难处理等问题，然而Fe-Al合金显然有其更多的优越性。因此，采用离子镀装置制备了Fe-Al合金薄膜，研究了结晶结构和磁特性及其磁致伸缩特性。研究时所用的薄膜试样是在三电极配置离子镀装置上制备的。首先在电弧炉中用纯铁（99．9％）和铝（99．5％）制得Fe-Al合金锭，通过电子束加热熔融蒸发形成Fe-Al合金蒸发源。在此蒸发源-基片Si（100）间设置的探针电极上施加正电位（50V），使之发生放电，由此所蒸发的金属蒸汽等离子化并沉积于硅基片上，通过改变Fe-Al合金蒸发物的成分来控制所形成的合金薄膜的成分。依靠基片托架背面的加热器来控制基片温度，于523K基片温度下进行镀膜。用能散X射线光谱法分析Fe-Al合金膜的成分,用触针法测定膜厚，用X射线衍射装置进行结构分析，用振动样品磁强计测定试样磁性，用光杠杆法测定试样的磁致伸缩。     

溅射气压对ZnO透明导电薄膜光电性能的影响

采用射频磁控溅射方法,在普通玻璃上制备了具有高度c轴取向的ZnO薄膜,研究了溅射气压(0.2～1.5 Pa)对ZnO薄膜的微观结构和光电性能的影响.AFM、XRD、UV-Vis分光光度计及四探针法研究表明:随着溅射气压的增大,ZnO薄膜沿c轴方向的结晶质量提高,晶粒细化,薄膜表面更加致密,晶粒大小更加均匀;ZnO薄膜在400～900nm范围内的平均透过率均高于85%,其中在0.5～1.5 Pa范围内其透过率高于90%;样品在高纯氮气气氛中经350 ℃,300 s退火后,电阻率最低达到10-2 Ω-cm量级.     

离子渗氮对TiN薄膜组织与性能的影响

为进一步提高TiN膜层的性能,对其进行了离子渗氮处理。利用XRD分析、SEM观察、硬度试验和摩擦磨损试验对TiN薄膜离子渗氮前后的组织与性能进行了分析。结果表明,离子渗氮后,膜层物相主要为TiN,出现晶格畸变、择优取向生长现象,表面得到净化更平整,硬度、耐磨性得到较大提高。     

不同工艺对TaN薄膜组织与性能的影响

用磁控溅射法在硅基材料上制备TaN薄膜,用原子力显微镜(AFM)和X射线衍射仪(XRD)研究不同工艺下磁控溅射TaN薄膜的表面形貌和组织,用纳米压痕仪和CHI电化学分析仪测试薄膜的力学性能和耐腐蚀性能。结果表明,基底加热和退火处理均导致TaN薄膜组织发生六方结构TaN(110)向面心立方结构TaN(111)和TaN(331)的转变。另外,基底加热和退火处理工艺均改善了TaN薄膜的显微硬度和膜基结合力等力学性能,其断裂韧性和耐腐蚀性能有所降低。     

Simulation of electric properties of MFIS capacitor with BNT ferroelectric thin film using Silvaco/Atlas

Metal-ferroelectric-insulator-silicon （MFIS） capacitors with Bi3.15Nd0.85Ti3O12 （BNT） ferroelectric thin film were simulated using a commercial software Silvaco/Atlas, and the effects of applied voltage and insulator layer on capacitance-voltage （C-V） hysteresis loops and memory windows were investigated. For the MFIS capacitors with CeO2 insulator, with the increase of applied voltage from 2 V to 15 V, the C-V loops become wider and memory windows increase from 0.15 V to 1.27 V. When the thickness of CeO2 layer increases from 1 nm to 5 nm at the applied voltage of 5 V, the C-V loops become narrower and the memory windows decrease from 1.09 V to 0.36 V. For MFIS capacitors with different insulator layers （CeO2, HfO2, Y2O3, Si3N4 and SiO2）, the high dielectric constants can make the C-V loops wider and improve the capacitor＇s memory window. The simulation results prove that Silvaco/Atlas is a powerful simulator for MFIS capacitor, and they are helpful to the fabrication of MFIS nonvolatile memory devices.     

超磁致伸缩薄膜材料及其应用

超磁致伸缩薄膜是一种应用于微型机电系统及传感器的新型材料 ,它具有很高的机电耦合系数、较高的响应速度以及非接触式驱动等优点。对磁致伸缩薄膜的研究现状进行了综述 ,介绍了磁致伸缩薄膜的制备方法 ,性能特征及应用前景。     

The effect of film composition on the structure and mechanical properties of NiTi shape memory thin films

Shape memory NiTi-based thin films approximately 2 μm thick were deposited onto Si (100) substrates at room temperature by simultaneous DC magnetron sputter deposition from separate elemental Ni and Ti targets. The effect of composition on film structure, surface morphology, transformation temperature and mechanical behavior was studied using variable temperature X-ray diffraction, atomic force microscopy, electrical resistivity, and nanoindentation. The films showed the expected shape memory and superelasticity behavior corresponding to the different film compositions, comparable with bulk properties. The transformation from the low temperature martensitic phase to the high temperature parent phase takes place above room temperature in Ti-rich and near-equiatomic films, and below room temperature in Ni-rich films. Mechanical properties of films investigated at room temperature by a series of nanoindentations at mN loads (indentation depth < 200 nm) with a spherical indenter demonstrate superelasticity in Ni-rich material and martensitic deformation for Ti-rich and near-equiatomic compositions.     

Thin film processing and multiferroic properties of Fe-BaTiO_3 hybrid composite

Multiferroic bi-layer Fe/BaTiO3 (BTO) thin films were successfully deposited on Pt(200)/MgO(100) substrates using ion beam sputter deposition (IBSD), and the mutiferroic properties were studied at room temperature. X-ray diffraction (XRD) analyses showed that BTO films were c-axis oriented and epitaxially grown on platinum coated MgO substrates, and (110) epitaxial Fe films were subsequently grown on (001) BTO films. Fe/BTO bi-layer films showed good ferroelectric and ferromagnetic properties at room temperature and the multiferroic coupling was observed, which should be attributed to the hybridization of Fe and Ti occurring at the ferromagnetic-ferroelectric interface.     

Elastic-plastic properties of thin film on elastic-plastic substrates characterized by nanoindentation test

To characterize the elastic-plastic properties of thin film materials on elastic-plastic substrates,a simple theory model was proposed,which included three steps:dimensionless analysis,finite element modeling and data fitting.The dimensionless analysis was applied to deriving two preliminary nondimensional relationships of the material properties,and finite element modeling and data fitting were carried out to establish their explicit forms.Numerical indentation tests were carried out to examine the effectiveness of the proposed model and the good agreement shows that the proposed theory model can be applied in practice.     

氧化钒薄膜脉冲激光损伤研究

采用离子束溅射和退火工艺,在K9玻璃基体上制备了氧化钒薄膜,并对其微观形貌及组成进行了研究,还应用脉宽10ns、532nm波长的Nd:YAG激光器对薄膜样品进行了激光损伤阈值的测试.扫描电镜(SEM)分析结果表明,所制备的氧化钒薄膜均匀致密,晶粒平均尺寸约50nm.X射线光电子谱(XPS)分析可知,薄膜中钒的价态为 4价和 5价,薄膜由VO2和V2O5组成.在1Hz多次单点照射的条件下,以刚可见损伤作为判断激光损伤阈值的条件,得到此氧化钒薄膜的激光损伤阈值为21.9mJ/cm2.对刚可见损伤光斑和明显损伤光斑进行了微观分析,探讨了激光损伤原因.     

富钛的TiNi记忆合金薄膜组织结构

探讨了用ＨＣＤ法在玻璃基板上制备的Ｔｉ－４３．２７％Ｎｉ形状记忆合金薄膜和经不同热处理后的组织结构，结果表明，当镀膜的基板温度较高时，所得的薄膜基本晶化，其组织为由马氏体、Ｒ相、母相和Ｔｉ２Ｎｉ析出相等组成的多晶体。经热处理后，母相量增加，马氏体量减少，表明热处理使Ｍｓ点下降，利用这一现象，可扩大记忆合金薄膜的旷工 由曙加热到１１０℃的动态观察中发现，多晶体中的马氏休逐步缩小，消失，转变成母相、Ｒ