非晶态Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜的低波动阻变特性研究

基于化学溶液法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了非晶态Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜,研究了其表面形貌、介电特性和阻变特性.结果表明:非晶态Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜无明显晶界存在,其P-E和C-V曲线无滞后特征,其I-V曲线展示了双极性阻变行为.高低阻态的导电机制研究表明该双极性阻变行为由氧缺陷导电细丝断开/连接主导.通过与氧缺陷导电细丝主导的晶态Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜基阻变行为对比,发现非晶态Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜阻变的波动性较小,这与其无晶界密切相关.该研究可为开发低波动的阻变器件提供一定指导.

Sol-gel法制备Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)铁电薄膜的性能研究

用sol-gel法成功制备了Bi3.15Nd0.85Ti3O12铁电薄膜,XRD结果表明制备的BNT薄膜具有(117)和(00l)的混合取向,FE-SEM显示薄膜表面光滑致密,颗粒均匀。剩余极化Pr和矫顽场Ec分别为29.5μC/cm2和100kV/cm,经过109次循环后几乎无疲劳。

Sol-Gel法制备Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)铁电薄膜

采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜,发现制备的薄膜具有单一的钙钛矿晶格结构,且表面平整致密。对Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜的电学性能进行了研究。结果表明,室温下,在测试频率1 MHz时,其介电常数为213,介电损耗为0.085;在测试电压为350 kV/cm,其剩余极化值、矫顽场强分别为39.1μC/cm21、60.5 kV/cm;表现出良好的抗疲劳特性和绝缘性能。

层状钙钛矿型Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)铁电薄膜在LaNiO_3/Si上取向生长的TEM研究

用溶胶-凝胶工艺在披覆了LaNiO3底电极的(100)Si衬底上制备了Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNdT)铁电薄膜。X射线衍射结果显示,LaNiO3层呈(110)择优取向,BNdT薄膜呈c轴和a/b轴混合择优取向。透射电镜观察表明,LaNiO3电极层和BNdT薄膜厚度分别约为180nm和320nm。BNdT薄膜分为上下两层,厚约100nm的底层以薄片状c轴择优取向晶粒为主,在顶层许多柱状晶粒为a/b轴择优取向。讨论了BNdT薄膜在(110)LaNiO3电极上的择优取向生长机制。

Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)纳米管阵列的制备与微结构表征

采用溶胶凝胶法,在孔径为200nm的阳极氧化铝模板中制备了Bi3.15Nd0.85Ti3O12纳米管阵列。通过XRD、SEM、TEM、HRTEM、SAED和Raman光谱测试手段对纳米管阵列的物相、微结构和声子振动特性进行了表征。研究表明,所合成BNdT纳米管为钙钛矿相多晶结构,纳米管外径约为200nm,管壁厚约10nm,管径和长度与所用AAO模板尺寸一致。Raman光谱分析表明,Nd离子取代了类钙钛矿层中A位的Bi离子。

在(001)SrRuO3/(001)SrTiO3上外延生长c轴取向Bi3.15Nd0.85Ti3O12铁电薄膜的显微结构研究

用脉冲激光沉积在(001)SrRuO3/(001)SrTiO3上外延生长了c轴取向的Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNdT)铁电薄膜。SrRuO3底电极层厚约117nm,BNdT薄膜厚～35nm。X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)观察证实了SrRuO3层和BNdT薄膜的外延生长。通过TEM平面样品观察,在SrRuO3/BNdT界面附近看到了两种衬度处于不同高度的失配位错网,位错线沿<110>走向,其柏格斯矢量沿[110]或[110]方向有分量,在[001]方向上可能没有分量。讨论了位错的形成机制。

在(001)Y-ZrO_2上沿a/b轴取向生长Bi_(3.15)Nd_(0.85)TiO_(12)铁电薄膜

用sol-gel工艺在（001）钇稳定ZrO2（YSZ）单晶衬底上制备了层状钙钛矿型Bi3.15Nd0.85Ti3O12（BNdT）铁电薄膜。X射线衍射结果显示,薄膜沿a/b轴择优取向生长,择优取向度约48%;透射电镜观察到薄膜厚约385 nm,其中晶粒呈柱状生长,晶粒横向尺寸100-200 nm。分析发现,薄膜在结晶过程中快速升温有助于晶粒沿a/b轴取向生成核。

铌掺杂Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)陶瓷材料铁电性能

采用高温固相法制备了铌掺杂Bi3.15Nd0.85Ti3O12铁电材料.利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪分析样品物相结构,阻抗分析仪和铁电性能测量仪测试电性能.发现制备的陶瓷材料均为单一的层状钙钛矿结构,反映TiO6八面体内部振动情况的850cm-1处拉曼峰随着Nb掺杂量的增加明显上移,表明:TiO6参与取代过程,Ti4+被具有较小离子半径的Nb5+取代.Nb的引入使样品的介电损耗明显降低,居里温度呈下降趋势.随着Nb掺杂量的增加,材料的剩余极化强度先增大后减小,当x=0.03时2Pr达到极大值19.3μC/cm2,矫顽场为57.5 kV/cm.

Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)纳米结构的制备与XPS研究

采用水热法在低温合成了铋层状钙钛矿结构Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNdT)纳米材料,利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征产物的晶相和形貌,研究了反应温度和聚乙烯醇(PVA)对水热合成BNdT纳米结构的影响,运用X-射线光电子能谱(XPS)对BNdT纳米结构的化学组分和元素价态进行了表征。结果表明,反应温度和PVA对水热合成BNdT纳米结构的形貌有较大影响;XPS研究显示BNdT纳米结构的表面存在氧空位和轻微的Bi过量。

Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)纳米管阵列的制备与微结构表征

采用溶胶-凝胶法,在孔径为100 nm的阳极氧化铝模板中制备了Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNdT)纳米管阵列.通过XRD、SEM、TEM、HRTEM、SAED和Raman光谱测试手段对纳米管阵列的物相、微结构和声子振动特性进行了表征.研究表明,所合成BNdT纳米管为钙钛矿相多晶结构,纳米管外径约为100 nm,管壁厚约10 nm,长度达几个微米.Raman光谱分析表明,Nd离子部分取代了类钙钛矿层中A位的Bi离子.

TiO_2种子层对Bi_(3．15)Nd_(0．85)Ti_3O_(12)铁电薄膜的结晶取向和铁电性能的影响

用sol-gel法分别制备了直接沉积在Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上和加入了TiO_2种子层的Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12) (BNT)铁电薄膜,研究了种子层对BNT薄膜结构和电学性能的影响.XRD结果表明直接沉积在Pt/Ti/SiO_2/Si衬底上的BNT薄膜具有(117)和(001)的混合取向,而加入TiO_2种子层之后薄膜的最强峰为(200)取向;FE-SEM显示具有TiO_2种子层的BNT薄膜,其表面主要是由具有非c轴取向的晶粒组成且更为致密;直接沉积的BNT薄膜和具有TiO_2种子层的BNT薄膜的剩余极化P_r值分别为26和43.6μC/cm^2,矫顽场强E_c分别为91和80.5kV/cm;疲劳测试表明两种薄膜均具有良好的抗疲劳特性,TiO_2种子层的引入并没有降低BNT薄膜的疲劳特性;两种薄膜的漏电流密度均在10^(-6)～10^(-5)A/cm^2之间.

硅硼玻璃相对Bi_(3.15)La_(0.75)Ti_3O_(12)铁电薄膜性能的影响

采用加入硅硼玻璃相的溶胶-凝胶(Sol-Gol)技术,以无机物为原料,在低温下成功制备了Pt/Ti/Si O2/Si衬底上Bi3.15La0.75Ti3O12(BLT)铁电薄膜。XRD、AFM分析及电学性能的测试结果表明,600～650℃退火处理的加入硅硼玻璃相BLT铁电薄膜具有单一的层状钙钛矿结构;薄膜表面平整无裂纹、致密,薄膜为多晶生长;其剩余极化强度(2Pr)为27.09μC/cm2,矫顽场Ec约为53.1 kV/cm;室温下,在测试频率为1 MHz,经1.0×1011极化反转后,剩余极化值下降约10%,具有良好的抗疲劳特性;薄膜的漏电流密度低于9×10-10A/cm2。玻璃相提高了薄膜的致密度和抗疲劳特性,降低了薄膜的漏电流密度,对剩余极化强度影响有限。

铁电薄膜Bi_(3.2)Nd_(0.8)Ti_3O_(12)的制备及其特性的研究

用脉冲激光淀积法成功地在p-S i底片上制备了高c轴取向的B i3.20N d0.80T i3O12铁电薄膜,研究了薄膜的铁电性能及疲劳特性。研究表明,用钕N d替代B i的B i3.20N d0.80T i3O12薄膜具有较好电滞回线(P-E),在应用电压为10 V,测试频率为1MH z下,其剩余极化(Pr)及矫顽场(Ec)分别达到27μC/cm2和70 kV/cm。更为重要的是,A u/B i3.20N d0.80T i3O12/p-S i(100)电容在读/写开关次数达到1010后仍表现出较好的抗疲劳特性。

Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)微米薄片的熔盐合成与显微结构分析

以水热合成的Bi3.15Nd0.85Ti3O12（BNdT）纳米颗粒为原料,用熔盐法合成了BNdT微米薄片,用X射线衍射和透射电镜研究了微米薄片的显微结构,讨论了片状结构的生长机理,并分析了微米薄片的紫外-可见光吸收性能。结果表明：合成的微米薄片是单晶的层状钙钛矿型结构,横向尺寸为0.2~2.0μm,光学带隙为3.12 e V;随反应温度的升高和反应时间的延长,BNdT微米片横向尺寸逐渐增大;随熔盐含量增加,晶粒尺寸几乎无变化;BNdT晶体结构的大各向异性使其容易形成片状结构。

Si基铁电Bi_(3·15)Nd_(0·85)Ti_3O_(12)多层薄膜的一致取向生长和性能的研究

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,利用LSCO/CeO2/YSZ多异质缓冲层,在Si(100)基片上成功地制备了c轴一致取向的Bi_(3·15)Nd_(0·85)Ti_3O_(12)(BNT)铁电薄膜.利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析测定了薄膜的相结构、取向和形貌特征,考察了沉积温度和氧分压对BNT薄膜微结构、取向和形貌的影响,确定了BNT薄膜的最佳沉积条件.对在优化的条件下制备得到的BNT薄膜的C-V曲线测试得到了典型的蝴蝶形曲线,表明该薄膜具有较好的电极化反转存储特性.最后讨论了BNT薄膜铁电性能与薄膜取向的相关性.

测试频率对钕掺杂钛酸铋铁电薄膜极化反转疲劳特性的影响

首先介绍了铁电薄膜极化反转疲劳特性测试原理,然后研究了Bi3.54Nd0.46Ti3O12(BNT)铁电薄膜在不同测试频率下的极化反转时的疲劳特性.采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了BNT薄膜,发现其极化反转时的疲劳特性与外加测试频率之间存在着极强的依赖关系.研究表明BNT薄膜抗疲劳特性随测试频率减小而变差.在外加反转电场强度为2倍矫顽场强时,测试频率分别为50 kHz1、00 kHz和1 MHz的情况下,经过6.7×108次极化反转后,薄膜的剩余极化值分别下降了36.1%、16.9%和7.1%.在相同条件下,测试了目前铁电存储器用的PbZr0.52Ti0.48O3(PZT)薄膜的疲劳特性,并与BNT的相比较,发现BNT薄膜的抗疲劳特性要明显优于PZT薄膜.文中对上述实验现象作了初步的解释.

掺钕钛酸铋纳米结构的水热合成研究

以Bi(NO3)3.5H2O,Nd(NO3)3.6H2O和Ti(OC4H9)4为原料,NaOH为矿化剂,采用水热法合成铋层状钙钛矿掺钕钛酸铋(Bi3.15Nd0.85Ti3O12,BNdT)纳米结构.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征产物的晶相和形貌.研究反应温度、矿化剂浓度和反应时间对水热合成BNdT纳米结构的影响.结果表明,在适当的水热反应条件下能有效合成BNdT纳米结构,在反应温度为150℃、175℃、200℃和220℃时分别形成球状、球状与片状共存、棒状和片状产物.