沉积温度对Gd掺杂CeO_2电解质薄膜生长及电学特性的影响

采用反应射频磁控溅射技术,在非晶石英衬底上不同温度下制备了纳米多晶Gd掺杂CeO_2(简称GDC)氧离子导体电解质薄膜,采用X射线衍射仪、原子力显微镜对薄膜物相、晶粒大小、生长形貌进行了表征,利用交流阻抗谱仪测试了GDC薄膜的电学性能.结果表明,GDC薄膜生长取向随沉积温度而变化:300～400℃时为强(111)织构生长,而500～600℃时薄膜趋于无规则生长;随着沉积温度的升高,薄膜的生长形貌由同一取向的大棱形生长岛转变为密集球形小生长岛;GDC多晶薄膜的电导活化能约为1.3eV,接近于晶界电导活化能值,说明GDC交流阻抗主要源于晶界的贡献;晶界空间电荷效应导致GDC薄膜电导率随晶粒尺寸而变化,晶粒尺寸越小,电导率越大.

化学溶液方法制备涂层导体CexLa1-xO2薄膜的研究

获得多功能单一过渡层是简化涂层导体多层结构的主要课题之一.采用化学溶液方法制备La掺杂CeO2过渡层,研究La掺杂量对CeO2薄膜表面形貌和双轴取向生长的影响.结果表明La掺杂量为10mol%的薄膜表面平整致密,且能保持锐利的双轴织构.通过多次涂敷工艺,获得具有120nm厚的Ce0.9La0.1O2过渡层.采用脉冲激光沉积方法在Ce0.9La0.1O2/NiW结构模板层上沉积了YBCO超导薄膜,其起始临界转变温度达到90.5K.这表明采用化学溶液方法制备Ce0.9La0.1O2薄膜是一种有前景的简化涂层导体多层结构的方法.

热处理温度对溶胶-凝胶法制备的Ce_(0.97)Co_(0.03)O_2薄膜结构和光学性能的影响

采用溶胶-凝胶法,在Si(100)衬底上制备了3%Co掺杂CeO2薄膜,研究了不同热处理温度对Ce0.97Co0.03O2薄膜结构和光学性质的影响。X射线衍射(XRD)表明,3%Co掺杂CeO2薄膜为多晶薄膜,且未破坏CeO2原有的结构,随着退火温度的升高,晶粒尺寸逐渐增大。椭偏光谱法研究表明,Ce0.97Co0.03O2薄膜的光学常数(折射率n、消光系数k)随着退火温度增加而增大,光学带隙Eg随退火温度增加而减小,这是薄膜结构随退火温度增加发生变化所致。

蓝宝石衬底上Gd_2O_3掺杂CeO_2氧离子导体电解质薄膜的生长及电学性能

采用反应磁控溅射方法,在(0001)蓝宝石单晶衬底上,制备了纳米多晶Gd2O3掺杂CeO2(GDC)氧离子导体电解质薄膜,采用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)对薄膜物相、结构、粗糙度、表面形貌等生长特性进行了表征,利用交流阻抗谱仪测试了GDC薄膜不同温度下的电学性能;实验结果表明,GDC薄膜为面心立方结构,在所研究的衬底温度范围内,均呈强(111)织构生长;薄膜表面形貌随衬底温度发生阶段性变化:衬底温度由室温升高到300℃时,对应球形生长岛到棱形生长岛的转变,当完全为棱形岛生长时(300℃),生长岛尺寸显著增大;从400℃开始,则发生棱形生长岛到密集球形生长岛的转变,球形生长岛尺寸明显减小.生长形貌的转变反映着薄膜生长初期不同的成核机理,很可能与蓝宝石(0001)面的表面结构随温度变化有关;GDC多晶电解质薄膜的复平面交流阻抗谱主要源于晶界的贡献,根据Arrhenius图求得电导活化能Ea在1.2—1.5eV范围内,接近于晶界电导的活化能值,并且随衬底温度升高Ea减小(Ea300>Ea400>Ea600);电导活化能以及晶粒尺寸不同,导致GDC薄膜电导率随测试温度的变化规律不同.