Bi4Ti3O12铁电薄膜I-V特性的研究

采用溶胶-凝胶工艺(Sol-Gel)在Pt/Ti/SiO2/p-Si衬底上成功制备了低漏电流Bi4Ti3O12(BIT)铁电薄膜,对所得样品的漏导行为进行了研究.研究表明,Bi4Ti3O12薄膜的漏电流密度在+3V偏压下低于10-9A/cm2,满足器件应用的要求.在不同场强下薄膜的漏导机制不同,而且正向和负向电场作用下I-V曲线明显不同,正向漏电流明显小于负向漏电流.电压低于2V时,薄膜以欧姆导电机制为主,电压在2～5.4V(加正向电压)或2.2～3.6V(加负向电压)时,BIT薄膜应以Schottky emission导电机制为主;而对于较高的场强下,BIT薄膜以Space-charge limited currents(SCLC)导电机制为主.

金属/SiO_2/Si基Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜的J-V特性

采用sol-gel方法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Bi4Ti3O12铁电薄膜.测试了其在直流电场下流过铁电薄膜的漏导电流J-V特性.测量结果显示正向漏电流明显小于负向漏电流.并讨论了金属–铁电薄膜所形成的整流接触特性,以及金属/SiO2/Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜系统在不同电压范围(0～±6 V)的导电机制.

退火温度对Si基Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜微观结构影响研究

采用 Sol- Gel工艺制备了 Si基 Bi4 Ti3O1 2 铁电薄膜。研究了退火温度对 Si基 Bi4 Ti3O1 2 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 4 5 0℃时 Bi4 Ti3O1 2 薄膜为非晶状态 ,退火温度在 5 5 0～ 85 0℃范围时均为多晶薄膜 ,而且随退火温度升高 ,Bi4 Ti3O1 2 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 。

复合靶溅射Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜的结构和相变

采用金属与金属氧化物复合靶的射频溅射法 ,在 Si基片上沉积制备 Bi4 Ti3O1 2 (BTO)铁电薄膜 ,用变温 X-射线及热分析等方法研究 BTO铁电薄膜的结构和相变 ,结果表明 ,在温度为 35 0～ 4 4 5°C之间 ,薄膜经历由烧绿石相向钙钛矿相的结构相变 ,在 6 70°C附近 ,薄膜由铁电相向顺电相转变 ,该相变是由于晶格畸变量 b/ a随温度上升连续减小 ,使得薄膜晶体对称性发生改变引起 ,在相变附近未观察到潜热的产生。

硅衬底Bi4Ti3O12和Bi3.25La0.75Ti3O12铁电薄膜的慢正电子束研究

对硅衬底生长的Bi4Ti3O12和Bi3.25La0.75Ti3O12薄膜样品测量了慢正电子多普勒展宽谱,得到了S参数随正电子注入能量的变化。通过对S参数和W参数的分析,讨论了这类材料中的捕获态特征和结构特点,结果表明,薄膜与硅衬底界面的缺陷为空位-氧复合体,La的掺杂有助于阻止空位-氧复合体向界面的扩散。

MOD法制备Bi_(4-x)La_xTi_3O_(12)铁电薄膜及其谱图分析

采用有机金属沉积法(MOD)制备了Bi4Ti3O12(BIT)和Bi3.25La0.75Ti3O12(BLT)前驱体溶液,分别在单晶硅基片上制备了BIT和BLT铁电薄膜。前驱体溶液的干凝胶粉体和铁电薄膜分别用红外光谱(FTIR)、拉曼光谱和环境扫描电镜(ESEM)进行了表征。结果表明600℃时晶粒实现了由焦绿石相向类钙钛矿相结构的完全转变;温度升高,晶粒尺寸增大,薄膜结晶效果得到改善;引入镧使Ti—O和Bi—O键吸收峰位置向低波数频移,高温时频移率较大;500℃热处理时,干凝胶中乙二醇甲醚、乙酰丙酮完全分解,温度超过600℃后,残留的水及硝酸根离子挥发或分解。

快速退火工艺条件下温度对Bi_4Ti_3O_(12)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。

沿a/b轴择优取向Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜的回线动力学标度

测量了在Pt／Ti／SiO2／Si上生长的36％a／b轴择优取向Bi4Ti3O12铁电薄膜的电滞回线，并研究了薄膜的回线动力学标度。外加电场频率的变化范围0．4～10kHz，电场幅值的变化范围653～1045kV·cm^-1。在外电场频率一定时，该Bi4Ti3O12薄膜的回线面积随外电场幅值的增大而增大。当外电场幅值固定时，回线面积随外电场频率的上升先增加后减小。当f=1kHz时，回线面积最大。由此可知，该Bi4Ti3O12薄膜中畴翻转的特征时间约1ms。在外电场频率低于1kHz时，回线面积〈A〉∝f^-0.02883E0；在1kHz以上高频段有标度关系〈A〉∝f^-0.05388E0。

BiFeO3／Bi4Ti3O12多层铁电薄膜的性能研究

采用sol-gel法在FTO/玻璃底电极上制备了BiFeO3/Bi4Ti3O12多层薄膜。研究了室温下薄膜的结构,铁电和漏电流性质。结果表明,相对于纯的BiFeO3薄膜,BiFeO3/Bi4Ti3O12多层薄膜具有更低的漏电流,表现出较强的铁电性,在4.40×105V/cm的测试电场强度下,剩余极化强度为3.7×10–5C/cm2。在2.00×105V/cm的测试电场强度下,BiFeO3和BiFeO3/Bi4Ti3O12薄膜的漏电流密度分别为10–5和10–7A/cm2。

Si基Bi_4Ti_3O_(12)薄膜电滞回线及铁电性能的研究

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法直接在p-Si衬底上制备生长Bi4Ti3O12铁电薄膜,研究了Ag/Bi4Ti3O12/p-Si异质结电滞回线的特征及Bi4Ti3O12薄膜的铁电性能。空间电荷层的存在使Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜呈不对称的电滞回线并导致薄膜的极化减弱。退火温度同时影响了薄膜的晶粒尺寸和薄膜中的载流子浓度,而这两种因素对铁电性能的影响是相反的。Bi4Ti3O12薄膜的铁电性能随退火温度的变化是两种因素共同作用的结果。

Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜的制备及研究进展

铁电薄膜具有良好的铁电、介电性能,在非挥发存储器件方面有很好的应用前景。本文介绍了钛酸铋(Bi4Ti3O12)铁电薄膜的研究现状,对目前Bi4Ti3O12铁电薄膜最常用的几种主要制备方法及其掺杂改性进行了评述,指出了Bi4Ti3O12铁电薄膜研究中亟待解决的几个问题。

Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜及其铁电存储器

从Y系列材料出发介绍了Bi4Ti3O12材料的基本性质,阐述了Sol-Gel法制备Bi4Ti3O12薄膜的过程及影响因素,介绍了以Bi4Ti3O12薄膜为核心的铁电存储器.

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.

退火温度对硅基铁电薄膜Bi_4Ti_3O_(12)晶相结构的影响

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备铁电Bi4Ti3O12 (BIT)薄膜,研究退火温度对其微观特性的影响,以掌握制备工艺中最佳退火温度。研究表明,随着退火温度的增加,BIT薄膜的c轴取向生长更明显,晶粒尺寸增加,同时表面粗糙度增加;从退火750℃开始,晶粒开始呈棒状生长;当温度高于850℃时,薄膜的c轴生长取向增长趋势不再明显。退火时间对薄膜的相结构和生长取向没有明显影响。

Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜的相变研究

用变温X射线及热分析等方法研究Bi_4Ti_3O_12铁电薄膜的相变,结果表明,在温度为350~445℃之间,薄膜经历由烧绿石相向钙钛矿相的结构相变,在670℃附近,薄膜由铁电相向顺电相转变;该相变是由于晶格畸变量b/a随温度上升连续减小,使得薄膜晶体对称性发生改变引起,在相变点附近未观察到潜热的产生。

Nd掺杂对磁控溅射Bi_(4-x)Nd_xTi_3O_(12)铁电薄膜结构和性能的影响

采用磁控溅射工艺在p-Si衬底上制备了Bi4-xNdxTi3O12铁电薄膜,研究了Nd掺杂对Bi4-xNdxTi3O12薄膜微观结构、介电和铁电性能的影响。结果表明,Nd掺杂并未改变薄膜的晶格对称性,仍然保持Bi层状钙钛矿结构,但能在一定程度上抑制晶粒的生长,使薄膜的晶粒更加细小、均匀,同时能明显改善薄膜的介电、铁电性能。Nd掺杂量x=0.30～0.40时,Bi4-xNdxTi3O12薄膜的综合性能较好,其介电常数εr>250,介电损耗tanδ<0.1,剩余极化Pr=20.6μC/cm2,Ec<150 kV/cm。Ag/Bi4-xNdxTi3O12/p-Si异质结顺时针回滞的C-V曲线表明该异质结可实现极化存储,其记忆窗口达1.6 V。但掺杂量不宜过多,当Nd掺杂量达到0.45以后,薄膜的介电、铁电性能反而有所下降。

硅基铌掺杂Bi_4Ti_3O_(12)薄膜溶胶-凝胶工艺的制备及铁电性改善研究

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备了铌元素(Nb)取代Ti元素的Bi4Ti3O12(BTN)铁电薄膜,研究不同掺杂浓度,不同退火温度等工艺对BTN薄膜的微观特性及剩余极化强度、矫顽场等电性能的影响。研究表明,650℃进行退火的BTN薄膜生长形态,晶粒开始呈棒状生长;当温度高于850℃时,薄膜的c轴生长取向增长趋势不再明显。铁电性方面,对Ti进行2%掺杂取代的BTN薄膜的铁电性能最佳。从而获得了BTN薄膜制备的合理工艺参数。

Bi_4Ti_3O_(12)铁电薄膜飞秒三阶非线性光学性能研究

采用sol-gel方法在石英玻璃衬底上制备出α轴取向的多晶Bi_4Ti_3O_(12)(BIT)薄膜,根据透射谱曲线得到薄膜样品的线性折射率为2.35,线性吸收系数为9.81×10~3cm^(-1),光学带隙宽度为3.60 eV。以脉宽300 fs,波长800 nm的钛蓝宝石脉冲激光为光源,利用单光束Z-scan技术测得薄膜样品的双光子吸收系数为100.31GW·cm^(-2),三阶非线性折射率为-1.02×10^(-2)GW·cm^(-2)。实验结果表明,所制备的BIT铁电薄膜具有大的非线性光学系数,适合应用于光子器件的制备。

Nb掺杂Bi_4Ti_3O_(12)层状结构铁电陶瓷的电行为特性研究

采用固相烧结工艺制备了Nb5+掺杂的Bi4Ti3O12层状结构铁电陶瓷.运用XRD 和AFM对Bi4Ti3-xNbxO12+x/2材料的微观结构进行表征,发现所制备的陶瓷均具有单一的正交相结构,抛光热腐蚀表面晶粒的显微形貌表现为随机排列的棒状结构.通过对材料直流电导率与温度关系的Arrhenius拟合,分析丁Bi4Ti3-xNbxO12+x/2的导电机理. Nb5+掺杂提高了材料的介电常数,但居里温度随掺杂含量的增加呈线性下降趋势.DSC结果显示Bi4Ti3-xNbxO12+x/2材料在居里温度处经历了一级铁电相变.样品的铁电性能测试结果表明, Nb5+掺杂Bi4Ti3O12提高了材料的剩余极化Pr,这主要是由于Nb5+取代Ti4+大大降低了材料中氧空位的浓度,使得氧空位对畴的钉扎作用减弱的缘故.

(Bi_(4-x),La_x)Ti_3O_(12)铁电陶瓷性能研究

采用溶胶 -凝胶 (Sol- Gel)技术制备了 (Bi4 - x,L ax) Ti3O1 2 (BL T)干凝胶粉体 ,并用此粉体制备了陶瓷。利用 XRD、SEM等手段分析表征了陶瓷的结构、表面形貌及介电性能。结果表明 ,采用本文工艺技术制备的陶瓷为类钙钛矿结构 ,表面致密 ,陶瓷的极化场强约为 4 .5 k V/ m m;BL T陶瓷介电性能为 :介电常数 ε=4 2 5 (1k Hz) ,介电损耗 tanδ=0 .0 5 (1k Hz)。掺杂量的研究表明 ,当 x≥ 0 .4时 ,L a的引入对介电常数和介电损耗有较大的影响 ,即使介电常数升高 ,介电损耗降低。