溅射功率对磁控溅射制备Bi薄膜结构和性能的影响

采用直流磁控溅射方法在不同功率下制备了铋(Bi)薄膜,对薄膜的沉积速率、表面形貌、生长模式、晶体结构进行了研究,并对其晶粒尺寸和应力的变化规律进行了分析。扫描电镜(SEM)图像显示:薄膜均为柱状生长,平均晶粒尺寸随溅射功率先增大后减小,薄膜的致密度随着功率的增加而降低,在60W时又变得较致密。X射线衍射(XRD)结果表明:Bi薄膜均为多晶斜六方结构,薄膜内应力随功率的增加由张应力变为压应力。

工作气压对Bi薄膜沉积速率和表面形貌的影响

采用直流磁控溅射方法在不同工作气压下制备了Bi薄膜,对薄膜的晶体结构、沉积速率、表面形貌和生长模式进行了研究,并对其晶粒尺寸的变化规律进行了分析。X射线衍射(XRD)结果表明Bi薄膜均为多晶斜六方结构。研究发现沉积速率随工作气压的升高先增大后减小。扫描电镜(SEM)图像显示随着工作气压的升高,小晶粒尺寸增大、大尺寸晶粒逐渐消失,薄膜变得疏松多孔;薄膜经历柱状-节榴状-楔形3种生长方式。

AlSb(110)基外延生长Bi薄膜的第一性原理研究

用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了在A lS b （110）衬底表面外延生长1～6层Bi薄膜的能带结构，计算了它们的带隙。研究发现，不同厚度的Bi薄膜显示出传导性质的奇偶振荡，1层和3层显示出非金属性质，2层和4层及更高的层数转变为金属性质。

单质Bi薄膜的电化学合成和光催化性能

将通过电化学制备的单质Bi薄膜应用于光催化降解无色污染物2,4-DCP,发现单质Bi薄膜本身具有光催化的能力,并且通过表征结果推测了单质Bi的能带结构与光催化的机理。利用XRD、SEM,DRS等表征手段对反应前后的单质Bi薄膜进行了表征。同时,我们发现调控Bi^(3+)的浓度能够影响单质Bi的光催化性能,在Bi^(3+)离子浓度为0.03M所制备的单质Bi的光催化活性最佳,在可见光照射下90 min,2,4-DCP的降解率达到了74.8%。

可见光响应Bi_2WO_6薄膜的制备与光电化学性能

采用非晶态配合物-提拉法在ITO导电玻璃基底上制备得到Bi2WO6薄膜.采用FE-SEM、XRD、Raman、DRS、光电流响应谱、IPCE等手段,研究了Bi2WO6薄膜的形貌、结构、光电性能以及薄膜结构与光电性能的关系.结果表明,450℃以上煅烧可以得到Bi2WO6结晶薄膜,薄膜由沿(131)晶面趋向生长的Bi2WO6纳米颗粒组成,颗粒的粒度随煅烧温度的升高而增大,同时颗粒之间的间距也相应增大.ITO/Bi2WO6薄膜电极在可见光(λ>400nm)照射下可以产生光电流,光电流强度与光强度线性相关;光电流强度和光电转换量子效率受Bi2WO6薄膜结构的影响,通过控制薄膜的煅烧温度等制备条件,可以提高薄膜光电极的光电转换量子效率.

退火工艺对射频磁控溅射Bi：YIG薄膜磁性能的影响

对于用射频磁控溅射技术在Si基片上制备的Bi:YIG系薄膜,用快速循环退火方法对其进行晶化处理,研究了退火温度对Bi:YIG薄膜结晶状态和形貌的影响,以及退火气氛和循环周期对薄膜性能的影响.结果表明,用快速循环退火可以在Si单晶基片上得到磁性能优良的薄膜(饱和磁化强度139 kA/m,矫顽力6.37 kA/m)并使薄膜形貌有较大改善,在石英基片上制备的薄膜法拉第角比常规退火的薄膜增大了约一倍.

Bi_2MoO_6纳米薄膜的制备及其光电性能

采用非晶态配合物法在ITO导电玻璃上制备了Bi_2MoO_6薄膜.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(LRS)、紫外-可见漫反射谱(DRS)、光电流响应谱、光电转换量子效率(IPCE)等技术研究了Bi_2MoO_6薄膜的制备工艺、形貌、结构与薄膜光电性能的关系.结果表明,500℃、1h焙烧后的Bi_2MoO_6薄膜为γ- Bi_2MoO_6晶相,沿(131)晶面方向生长,薄膜厚度约为69 nm.随着焙烧温度的升高和焙烧时间的延长,Bi_2MoO_6薄膜的平均颗粒度增大,并且在525℃焙烧出现β-Bi_2MoO_6和γ'-Bi_2MoO_6晶相.Bi_2MoO_6薄膜具有可见光响应活性,在可见光照射下可以产生光电流,优化条件下的Bi_2MoO_6薄膜在400 nm的光电转换量子效率可以达到2.14%.薄膜的光电响应和光电转换量子效率受薄膜形貌及结晶状态影响,可以通过控制薄膜的制备条件来提高薄膜的光电转换量子效率.

磁控溅射法制备Bi_2Te_3热电薄膜的研究

Bi2Te3薄膜是室温下热电性能最好的热电材料,利用磁控溅射在长有一薄层SiO2的n型硅样品上制备Bi/Te多层复合薄膜,经后续退火处理生成Bi2Te3。通过分析Bi2Te3薄膜的生长和退火工艺,探讨Bi/Te中Te的原子数分数对薄膜热电性能的影响。采用XRD和SEM对薄膜的结构、形貌和成分进行分析,并测量不同条件下的Seebeck系数。薄膜Seebeck系数均为负数,表明所制备样品是n型半导体薄膜,且最大值达到-76.81μV.K-1;电阻率ρ随Te的原子数分数增大而增大,其趋势先缓慢后迅速。Bi2Te3薄膜的热电性能良好,Te的原子数分数是60.52%时,功率因子最大,为1.765×10-4W.K-2.m-1。

Bi:YIG纳米薄膜的磁光特性(英文)

用射频磁控溅射和快速退火方法制备了纳米量级的Bi:YIG薄膜,研究了薄膜的磁光特性。当晶粒尺寸从150nm 降到80nm时,透射率和Faraday角的值分别从75%和3.6°变成了80%和4.0°。结果表明:高的透射率和大Faraday角可以在晶粒尺寸为纳米量级的薄膜中共存。

Bi_2O_3薄膜的制备及其电阻开关特性的研究

电阻式存储器由于具有众多的优点有望成为最有前景的下一代高速非挥发性存储器的选择之一.实验利用射频磁控溅射法在重掺硅上沉积了Bi2O3薄膜,并对该薄膜的结晶状态和Au/Bi2O3/n+Si/Al结构的电阻开关特性进行了研究.XRD分析结果表明,射频磁控溅射法沉积所得的Bi2O3薄膜结晶性能好,(201)取向明显.I-V曲线测试结果表明,Au/Bi2O3/n+Si/Al结构具有单极性电阻开关特性.通过对不同厚度Bi2O3薄膜的Au/Bi2O3/n+Si/Al结构I-V特性比较发现,随着薄膜厚度的增加,电阻开关的Forming、Set和Reset阈值电压均随之增加.对于Bi2O3薄膜厚度为31.2 nm的Au/Bi2O3/n+Si/Al结构,其Forming、Set和Reset阈值电压均低于4 V,符合存储器低电压工作的要求.

离子束溅射制备Bi2Te3热电薄膜

采用离子束溅射技术,溅射不同面积比例的Bi/Te二元复合靶,制备Bi2Te3热电薄膜,所制备的薄膜Bi∶Te原子比接近2∶3.X射线衍射测量结果显示,薄膜的主要衍射峰与Bi2Te3标准衍射峰相同,在(015)晶面上择优选向明显,存在少量的Bi和[Bi,Te]杂质峰.霍尔系数测试及Seebeck系数测量结果表明,薄膜都为n型半导体薄膜,电导率量级为105Sm-1,电学性能良好.在不同条件下制备的薄膜Seebeck系数最大值为-168μVK-1,最小值为-32μVK-1.其中,Bi∶Te原子比为0.69,退火温度为300℃的薄膜功率因子最大,达1.1×10-3Wm-1K-2.

电沉积法制备Bi_2S_3薄膜研究

采用阴极恒电压法在ITO导电玻璃表面沉积了Bi2S3薄膜,利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)对制备的薄膜进行了表征。研究了pH值、沉积时间、沉积液浓度等工艺因素对薄膜的影响。结果表明:电沉积制备Bi2S3薄膜的过程中,合适的Bi3+与S2O32-的浓度水平是至关重要的;在电沉积溶液pH=6.5,沉积时间为20 min,沉积电压为1 V,加入柠檬酸三钠作络合剂的情况下,得到沿(240)晶面生长良好的Bi2S3薄膜,薄膜组成均匀致密;增加沉积溶液pH值,薄膜的结晶程度逐渐提高,红外透过比提高。

Bi1-xLaxFeO3±δ薄膜的快速制备及铁电性

样品的制备是对影响样品质量的各个工艺参数进行优化的过程.传统的试错法是对各个参数逐个进行尝试,需要的周期较长.与传统的单参数尝试法相比,高通量样品制备方法可以对参数实现并行筛选,因而极大地缩短了优化工艺所需的时间.本工作借助高通量制备方法成功实现系列镧掺杂BiFeO_3薄膜的快速优化,包括对烧结温度、镧元素含量和高温固态反应气氛等关键工艺参数的快速筛选,同时分析了不同生长条件下样品的结构并测试了其铁电性.实验结果表明:1)560℃烧结可得到单相薄膜;2)测量不同La含量样品的铁电性,发现当E=75 kV/cm时,La=15%的样品剩余极化值(2Pr)最大,约为26.7μC/cm^2;3)在纯氧气氛下烧结有助于得到结晶性更好的单相Bi_(0.75)La_(0.25)FeO_(3±δ)薄膜,并且能够提高薄膜的铁电性.

N型Bi_2Te_(2.5)Se_(0.5)热电薄膜的电阻率与膜厚和温度的关系(英文)

在玻璃衬底上通过瞬间蒸发法沉积了厚度为50-400nm的N型Bi2Te2.5Se0.5热电薄膜,沉积温度为473K。采用XRD、EDXA和FESEM技术分别对薄膜的相结构、组成和表面形貌进行了分析研究,在300-350K的温度范围内,研究了薄膜的电阻率与膜厚和温度的相互关系。

射频磁控溅射制备Bi_2Te_3热电薄膜

通过射频磁控溅射,在溅射气体为Ar,气压为1Pa,溅射功率为120W时分别在聚氨酯和玻璃基底上沉积了不同厚度的Bi_2Te_3薄膜。Bi_2Te_3薄膜主要是以(221)晶面平行于基底进行外延生长,先在基底形成大量微小晶粒,合并长大成典型的纤维状组织结构。在此条件下薄膜生长速率为26nm/min,通过控制溅射时间可沉积几纳来到几微米不同厚度的薄膜。得到的p-型半导体Bi_2Te_3薄膜,其电阻率随薄膜厚度的增大而减小。

厚度对Bi薄膜表面特性和电学性质的影响

基于第一性原理计算方法研究了厚度对(00l)和(012)取向Bi薄膜稳定性、相变及导电性的影响。计算结果表明,随着厚度的增加,(00l)取向Bi薄膜稳定性增强,且薄膜偶数层稳定性优于奇数层;(012)取向Bi薄膜稳定性随着厚度的增加而降低,且在层数为4时,表面能与偶数层(00?)取向的薄膜相当,预示二者在该厚度时较易发生相变,分析认为与薄膜加厚过程中表面态的影响有关。随着厚度的增加,(00?)和(012)取向的Bi薄膜表现出从半导体转变为金属的特性。

电化学原子层外延制备Bi—Se系薄膜

采用电化学原子层外延（electrochemical atomic layer epitaxy，ECALE）方法尝试在Pt电极上沉积Bi2Se3纳米热电薄膜。利用循环伏安扫描研究了Bi^3＋、Se^4＋在Pt电极上的欠电势沉积参数，在此基础上利用自动电沉积系统交替沉积400个Bi、Se原子层。采用电量分析、XRD、EDX对沉积物进行表征。电量分析表明沉积物中存在硒的富余，XRD结果表明沉积物中除了Bi2Se3化合物外还有单质Se的富余。EDX分析沉积物的硒铋原子比为4：1，与XRD分析结果一致。

沉积氧压对Bi_(1.5)ZnNb_(1.5)O_7薄膜的结构和介电特性的影响

采用固相反应法合成具有焦绿石立方结构的Bi1.5ZnNb1.5O7(BZN)陶瓷靶材,采用脉冲激光沉积法在Pt/SiO2/Si(100)基片上制备立方BZN薄膜。研究了沉积氧压的变化对薄膜的结晶性能,微观形貌以及介电性能的影响。结果表明:沉积的BZN薄膜都呈现出立方焦绿石单相结构,但是薄膜的取向随氧压变化而变化。当沉积氧压为10 Pa时,薄膜的(222)晶面拥有最强的择优取向。随着氧压的升高,BZN薄膜的介电常数明显降低。在10 Pa氧压下沉积的BZN薄膜展示出介电可调特性为5%(500 kV/cm)。

脉冲激光沉积法制备立方焦绿石结构的Bi_(1.5)ZnNb_(1.5)O_7薄膜

采用固相反应法合成具有焦绿石立方结构的Bi1.5ZnNb1.507（BZN）陶瓷靶材，采用脉冲激光沉积法在Pt／SiO2／si（100）基片制备立方BZN薄膜。研究了随衬底温度的变化，薄膜的结晶性能，微观形貌以及介电性能的差异。结果表明当衬底温度在550-650℃时，薄膜具有纯的立方BZN结构，并且在600℃时薄膜的晶粒发育比较完整，此时薄膜具有较高的介电常数和较低的损耗。

Sol-Gel法制备Bi_4Ti_3O_(12)薄膜及其性能研究

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了Bi4Ti3O12(BTO)铁电薄膜,利用X-射线衍射仪(XRD)和原子力显微镜(AFM)对其晶格结构和表面形貌进行了表征,制备的BTO薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构和表面平整致密。对700℃退火的BTO薄膜进行了铁电性能和疲劳特性测试,在测试电压为6 V时,剩余极化值2Pr约为12.5μC/cm2,矫顽电场2Ec约为116.7 kV/cm;经1×109次极化反转后,剩余极化值下降了24%,对其疲劳机理进行了探讨。