MFS结构钛酸铋薄膜的C-V特性研究

利用sol gel方法在p Si(111)基底上制备钛酸铋薄膜。测量不同退火温度下得到的In/BTO/p Si结构的C V曲线,测量结果表明制备的MFS结构钛酸铋薄膜在合适的制备工艺下可望实现极化型存储。

自组装功能膜诱导合成铁酸铋薄膜的研究

采用分子自组装技术在玻璃基片表面制备了十八烷基三氯硅烷自组装单层膜(OTS-SAMs),并在功能化的基板表面诱导生成铁酸铋(BiFeO3)薄膜,采用接触角测试仪、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)测试手段对OTS膜和BiFeO3薄膜进行了表征。实验结果表明,在SAMs功能化的玻璃基底上所制备的铁酸铋薄膜结晶良好,薄膜表面平整光滑,结构致密均一,而且形成BiFeO3多晶聚集体,多晶聚集体的大小在2μm左右。

液相自组装法制备铁酸铋薄膜的研究

采用液相自组装法成功制备出铁酸铋（BiFeO3）薄膜,并采用XRD、SEM和VSM等测试方法对BiFeO3薄膜进行了表征。研究了功能化的自组装单分子层（SAMs）表面对BiFeO3薄膜成核和生长的影响,以及沉积温度对铁酸铋薄膜的形成和微观形貌的影响。结果表明：功能化的SAMs表面上薄膜与基底结合牢固,结构致密均一;沉积温度在60-70℃之间,薄膜表面比较平整均一,当沉积温度高于70℃,薄膜表面出现多晶聚集体现象。

外延掺锰铁酸铋薄膜电容器的光电导和光伏效应

采用射频磁控溅射的方法在SrRuO 3/SrTiO 3(SRO/STO)衬底上制备了外延Mn掺杂的BiFeO 3(BFMO)薄膜,并以Pt/SRO为复合上电极构建了对称的SRO/BFMO/SRO薄膜电容器。X射线衍射揭示了BFMO薄膜具有良好的外延结构。极化-电场滞后回线、净极化强度的测试结果说明外延SRO/BFMO/SRO电容器具有较大的剩余极化强度。波长为404 nm、强度为5 mW/cm 2的紫光入射到SRO/BFMO/SRO电容器表面,电流密度相应增长。当测试电压为+8 V,无光和光照时的电流密度分别为0.14 A/cm 2和0.34 A/cm 2;当测试电压为-8 V,无光和光照时的电流密度分别为0.13 A/cm 2和0.33 A/cm 2。通过对电流密度的拟合发现:无光和光照时均为欧姆传导机制,光照并没有改变SRO/BFMO/SRO电容器的传导机制。SRO/BFMO/SRO电容器的光伏效应主要由薄膜内部极化决定。与纯BFO薄膜电容器相比,Mn掺杂增大了光伏输出的短路电流密度。

钛酸铋薄膜的室温脉冲激光沉积研究

在室温下，采用脉冲激光沉积（ＰＬＤ）技术在７．６２ｃｍＰｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ（１００）衬底上制备了钛酸铋（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）薄膜。Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２薄膜的厚度和组分均匀性采用卢瑟福背散射（ＲＢＳ）和扩展电阻技术（ＳＲＰ）来分析、表征；采用Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）技术研究了薄膜的退火特性。研究发现单独用常规退火或快速退火热处理的Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２薄膜中较容易出现Ｂｉ２Ｔｉ２Ｏ７杂相；而采用常规退火和快速退火相结合的方法，较好地解决了杂相出现的问题，得到相结构和结晶性完好的Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２薄膜。透射电子显微镜实验和扩展电阻实验表明，室温下制备的Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２薄膜具有良好的表面和界面特性。

钛酸铋薄膜退火时间的研究

采用金属有机化学气相沉积工艺和快速退火工艺 ,在硅 (10 0 )基片上制备高度择优取向的Bi4 Ti3 O12 铁电薄膜 ,运用X射线衍射术分析薄膜材料的结构 ,通过测量材料的电滞回线和漏电流密度 ,研究快速退火对Bi4 Ti3 O12 薄膜电性能的影响。在优化的工艺条件下 ,Bi4 Ti3 O12 铁电薄膜的剩余极化强度 (Pr)为 8μC/cm2 ,漏电流密度为 10 -11A/cm2 。

快速退火对钛酸铋薄膜微结构和铁电性的影响

采用MOCVD与快速退火工艺,制备高度择优取向的Bi4Ti3O12铁电薄膜。运用x射线衍射术分析薄膜材料的结构,x射线显微分析仪测量薄膜材料的组分,并通过电滞回线的测量,研究快速退火对BiTiO薄膜结构和铁电性的影响。

外延铁酸铋薄膜铁电性和反转特性的研究

采用磁控溅射的方法在以SrRuO3(SRO)为底电极的(001)取向的SrTiO3基片上制备了外延BiFeO3(BFO)薄膜,并以氧化铟锡(ITO)和金属Pt为上电极构架了ITO/BFO/SRO和Pt/BFO/SRO两种薄膜电容器,研究上电极对外延BFO薄膜铁电性和反转特性的影响。结果表明,两种薄膜电容器均体现了良好的饱和电滞回线,当测试电场为333kV/cm时,ITO/BFO/SRO和Pt/BFO/SRO两种电容器的剩余极化强度分别为47.6μC/cm2和56μC/cm2,矫顽场分别为223kV/cm和200kV/cm。此外,两种薄膜电容器都具有良好的保持和抗疲劳特性。通过反转和非反转电流对时间的积分,可以计算出真实的极化强度。当反转电压幅值为17V时,ITO/BFO/SRO和Pt/BFO/SRO两种电容器电流的反转时间分别为0.48μs和0.32μs,真实极化强度的计算值约为41μC/cm2和47μC/cm2,此计算值和铁电净极化强度的测量值符合的很好。

铋薄膜的制备及表面显微结构表征

本文利用高真空热蒸发方法,通过调节加热电流、改变蒸发时间和观察石英晶振频率来控制薄膜的生长速度,在硅(111)表面上制备了各种厚度的半金属铋薄膜样品。分别用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)研究了半金属铋薄膜的表面形貌,颗粒尺寸和形状特征。结果表明:只有在适当的沉积时间里,才可以制备出表面平滑、结构致密的薄膜。在薄膜表面可以清晰的看到类三角锥形结构的铋微晶,表明生长得到的铋薄膜的结构具有三角轴择优取向。

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。

应变对铁酸铋薄膜结构畸变特性的影响

应变工程作为调控铁电薄膜结构及性能的重要手段一直以来是研究热点。本文通过采用不同的单晶衬底对BiFeO3薄膜施加不同大小的拉压应变,利用像差校正透射电子显微术系统地研究了应变对BiFeO3薄膜晶格常数、离子位移以及氧八面体旋转的影响。原子尺度高角环形暗场像(HAADF)以及环形明场像(ABF)实验表明,从拉应变过渡到压应变条件下BiFeO3薄膜中面外晶格经历了逐渐拉长的过程。与此同时,伴随着MB—MA—MC等多种单斜相转变,薄膜中Fe3+的相对位移也由拉应变下的面内离子位移大于面外离子位移逐渐转变到在压应变条件下面外离子位移明显大于面内离子位移。除此之外,随着压应变的增加,氧八面体转角逐渐减小,当BiFeO3薄膜转变为MC相时,FeO6的八面体结构会转变为FeO5金字塔结构。该结果为利用应变对薄膜结构和性能进行微观调控提供了重要借鉴。

晶粒尺寸对铁酸铋薄膜性能调控研究进展

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,因其具有丰富的物理性质以及广阔的应用前景备受关注。虽然理论上其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,然而,因受到尺寸效应等因素的影响,难以制备出性能良好的铁酸铋材料。因此,欲提高铁酸铋材料的性能并使之获得实际应用,研究晶粒尺寸对BFO薄膜性能的影响极其重要。晶粒尺寸对BFO薄膜性能(如铁电性、介电性、漏电性、光学性能和磁性能等)的影响规律目前还未有统一的定论。鉴于此,本文将近几年来国内外关于晶粒尺寸对铁酸铋薄膜性能调控方面的研究进行了归纳总结,并且提出了现阶段研究存在的主要问题。

单/双离子替代对铁酸铋薄膜性能影响的研究进展

铁酸铋在室温下既可表现出铁电性又可表现出反铁磁性,在器件应用上有非常大的应用前景,因此被认为是最有前途的多铁性化合物之一。本文综述了多铁性材料的发展历史、铁酸铋晶体结构以及国内外近年来关于铁酸铋薄膜铁电性能离子替代改性的相关工作及研究进展。本文重点围绕由镧系和低价碱金属元素的A位替代、过渡族金属元素的B位替代,以及A,B位共同替代对铁酸铋薄膜的漏电流、铁电性的影响,并系统总结了不同元素、不同掺杂量对A,B位替代的铁酸铋薄膜的剩余极化和矫顽电场值的影响,更为直观地展现出各类元素离子替代改性对铁酸铋薄膜的影响。本文最后提出了关于铁酸铋薄膜制造工艺、电极材料、薄膜厚度和操作电压等亟待开展的工作。

化学浴沉积法制备高取向钒酸铋薄膜

从20世纪70年代起，钒酸铋（BiVO4）以其优越的性能受到越来越广泛的关注。BiVO4不但具有铁弹性，同时还具有声光转换性、离子导电性以及光催化活性等特性。这使得BiVO4在光催化剂以及离子导电陶瓷等领域都具有良好的应用前景。很多制备技术包括固态反应法、液相合成法、

钼酸铋薄膜的化学溶液制备技术及其性能表征

使用化学溶液制备技术在硅衬底上制备出符合化学计量比的钼酸铋薄膜。采用X射线衍射分析的研究结果表明,所制备的薄膜具有单一的单斜晶相结构;利用原子力显微镜(AFM)对其表面形貌进行表征,验证了实验过程中溶剂的改变对薄膜结构和表面形貌产生的影响;使用荧光发射仪研究了薄膜在室温下的发光特性。结果表明,通过化学溶液制备技术可以制备出具有单一晶相的钼酸铋薄膜,该薄膜具有良好的光致发光特性。

快速退火工艺对钛酸铋薄膜电学性能影响的研究

采用快速退火工艺处理的钛酸铋铁电薄膜 ,矫顽场Ec=9kV/cm ,在室温下剩余极化强度Pr=8μC/cm2 ;退火提高了钛酸铋薄膜的介电常数和材料的绝缘性 ,0 .1MHz附近薄膜材料的介电损耗tgδ<0 .

浓度梯度掺杂实现BiFeO_(3)薄膜自极化

BiFeO_(3)是一种非常有前途的无铅铁电材料,与大多数传统铁电材料相比,它具有更大的极化和更高的居里温度,为高温应用提供了可能。受到衬底强烈的夹持效应、较大的矫顽场和漏电流的影响,BiFeO_(3)薄膜难以被极化。自极化是解决这一问题的可行方法。本研究采用溶胶-凝胶法在Pt(111)/Ti/SiO_(2)/Si衬底上生长了BiFeO_(3)薄膜,向上梯度薄膜(从衬底BiFeO_(3)过渡到薄膜表面Bi_(0.80)Ca_(0.20)FeO_(2.90))以及向下梯度薄膜(从衬底Bi_(0.80)Ca_(0.20)FeO_(2.90)过渡到薄膜表面BiFeO_(3))。通过细致地调控薄膜内部缺陷的定向分布形成内置电场,从而导致薄膜具有自极化特性。压电力显微镜结果表明:在BiFeO_(3)薄膜中,Ca的梯度方向可以调控自极化的方向。此外,类似二极管的单向导通特性验证了薄膜的自极化是由Ca的浓度梯度掺杂导致。X射线光电子能谱结果表明,氧空位的梯度分布导致的内置电场可能是造成自极化现象的原因。本研究为实现铁电薄膜的自极化提供了一种新的策略,并在以自极化的内置电场为驱动,提高光伏或光敏器件性能方面具有潜在的应用前景。

上电极对镧镍共掺铁酸铋薄膜电学性质的影响

采用溶胶？凝胶法在Pt（111）/Ti/SiO2/Si（001）基片上制备了La和Ni共掺的多晶Bi0.975La0.025Fe0.975Ni0.025O3（BLFNO）薄膜,分别以氧化铟锡（ITO）和Pt/Sr Ru O3（SRO）为上电极构建了ITO/BLFNO/Pt和SRO/BLFNO/Pt两种电容器。研究了两种上电极对BLFNO薄膜电学性质的影响。当测试电场为1 333 kV/cm时,ITO/BLFNO/Pt和SRO/BLFNO/Pt电容器的剩余极化强度分别为105和139μC/cm2。通过拟合两种电容器的电流密度,发现导电机理都为Poole-Frankel机制。当404 nm的紫光入射到两种电容器表面,电流密度都相应的增大。测试电场为250 kV/cm时,ITO/BLFNO/Pt电容器电流密度增长量为6.55×10？4 A/cm2;而SRO/BLFNO/Pt电容器的增长量为1.38×10？4 A/cm2。

磁控溅射法制备铁酸铋基薄膜的研究进展

铁酸铋材料是唯一的室温单相多铁材料,在微电子学、光电子学等领域具有广泛的应用。磁控溅射法是制备铁酸铋薄膜的一种常见手段。本文综述了射频磁控溅射制备铁酸铋薄膜的研究进展,详细阐述了溅射工艺参数(靶材、缓冲层、溅射气压、氧气压力、沉积温度)对其微结构与电性能的影响,并提出了亟待解决的问题。

稀土掺杂钛酸铋系铁电薄膜的制备及研究进展

综合论述了稀土掺杂钛酸铋系铁电薄膜的研究概况,分析了目前稀土掺杂钛酸铋系铁电薄膜的制备方法、优缺点及其研究进展,并结合目前研究情况讨论了未来的发展趋势。