近年来,以信息功能氧化物材料为基础而制造的各种电子器件,如：微电子、荧光显示器、太阳能电池及其光电子等早已渗透到人们衣食住行的各个方面。其中钙钛矿弛豫铁电材料、宽禁带半导体氧化物、稀土金属氧化物掺杂是目前人们研究的热点材料。尤其是弛豫型铁电材料,因其富具良好的热释电、铁电/反铁电、电学、压电、介电、电致伸缩和非线性光学等性能,有望广泛的实际应用于现代光电子学、集成铁电学、微电子学和微电子机械系统等学科,由此这一领域引起国内外研究人士的兴趣。为了开发钙钛矿铁电材料的潜在应用,有必要进一步研究其光学和电子学性质,值得强调的是与材料电子能带结构密切相关的光电跃迁是光学器件设计的首要考虑因素。通过光谱手段测试,人们可以进一步了解材料的光学带隙、光学常数和相结构变化。同时,为验证材料是否可以在变温条件下工作,我们可以通过光学常数、电子激发和吸收系数随温度的演化来判断。光谱学不仅能表征块体和薄膜的宏观光学性质,还可以通过揭示这些材料的光电跃迁来了解其微观结构。众所周知,薄膜材料比块体材料具有更高的灵敏度、更快的响应度和更好的与硅集成等特点,因此,对薄膜材料进行光电跃迁的研究是非常有必要的。本文的研究工作和创新点主要包括以下几点：1.溶胶-凝胶法(Sol-Gel)制备了具有高度a轴择优取向性的0.8Pb(Zin1/3Nb2/3)O3-0.2PbTiO3 (PZN-0.2PT)薄膜,并对薄膜进行了变温椭圆偏振光谱测试,研究了薄膜的光学禁带宽度及内部电子跃迁跟温度的依赖关系。通过溶胶-凝胶方法在SrTiO3 (100)衬底上制备了PZN-0.2PT薄膜,研究了薄膜的结构和性能,得出600℃快速退火烧结的薄膜结晶性良好,且具有高度a轴取向。对薄膜和衬底进行高分辨X射线衍射,可发现(100)晶相薄膜的半峰宽是0.056°,SrTiO3衬底的半峰宽是0.046°,这说明上述条件下生成的薄膜具有低螺旋位错和高的结晶择优取向。此外,对薄膜进行椭偏光谱测量及TL光谱拟合得到了薄膜的介电常数随温度的变化,并发现在500 K,光学行为和电子结构有明显的变化,红移趋势也在此温度变得明显,当然电子-声子的相互作用和晶格膨胀随温度的变化是遵循玻色-爱因斯坦定律的。同时,可说明500 K是PZN-0.2PT薄膜的四方相到立方相的转变温度,这暗示了椭偏光谱在判断相变和铁电材料结构对称方面的潜在应用。2.采用X射线衍射(XRD)、介电温谱和拉曼光谱表征,确定了Pb1-xSrx(Al1/3Nb2/3)0.1(Zr0.52Ti0.48)0.9O3(xSr-PAN-PZ T)陶瓷的相变与Sr浓度和温度的依赖关系。XRD分析表明样品从菱形相转变为四方相,相变处的Sr浓度为5%和10%。依据E(T04)’声子模式的软化和半峰宽变化趋势,确定了每个Sr浓度样品的MPB区和此区随温度的变化特征。菱形相xSr-PAN-PZT样品在室温XRD图谱中约45。处的衍射峰为单峰,而四方相和正交相在此处有分峰的趋势,依据四方相和正交相分峰特征的不同,可以通过比较低衍射角度峰和高衍射角度峰的峰强度来确定是四方还是正交,如果低衍射峰的强度大于高衍射峰的强度,说明样品是正交相,反之,则是四方相。因此,室温条件下,随着Sr组分的增加,相变是从菱形相转变为四方相的。另外,通过介电温谱观察到四个样品都有弥散相变特性,随Sr浓度增大相变温度降低。在变温拉曼光谱的表征中,发现了E(TO2)’和E(TO4)’声子模式的软化现象和相对强度有规律的变弱现象。所以,在分析不同Sr浓度的xSr-PAN-PZT陶瓷的室温XRD图谱、介电温谱和同一浓度的变温Raman光谱后初步判断出不同Sr浓度的xSr-PAN-PZT陶瓷相变的浓度依赖关系和同一浓度的xSr-PAN-PZT陶瓷相变的温度依赖关系。依据拉曼声子模式E(TO4)’的频率位移和半峰宽的变化,实验总结出相变的准同型相变MPB区,并且发现随Sr浓度的升高,MPB区变宽,体现了掺杂导致的陶瓷内部组分不均匀现象。3.在初步结合含铅材料xSr-PAN-PZ T陶瓷的研究上,我们进一步探究了稀土金属氧化物Dy2O3掺杂0.935 (Na1/2Bi1/2) TiO3-0.065BaTiO3 (xDy-NBBT)无铅压电陶瓷的声子模式、铁电极化、介电、极化电流、场致应变、压应力、相变和畴翻转机制随组分的演变情况。我们尽可能地整合xDy-NBBT材料的多方面的特性如此材料在光学、电学和电畴等特性来研究在开关制动器方面的潜在应用。采用传统的固态烧结方法制备出高纯度的xDy-NBBT陶瓷,并系统研究了陶瓷的微结构、声子模式、电学、光致发光和畴结构。分析表明：(a)X射线衍射分析结果表明,该系列陶瓷为纯相钙钛矿结构并且没有出现其它晶体结构,随着Dy3+掺杂浓度的提高,陶瓷的几个主要衍射峰如(111)和(200)等峰有先向高衍射角移动再向小衍射角移动的趋势,同时拉曼谱随组分演化趋势也证明了这一结论。(b)观察铁电极化曲线和极化电流曲线,材料有由铁电相向非铁电相过渡趋势,进而引起畴转换导致正向应变的增大。关于畴转换机制,我们根据偶极子的非极化立方对称和极化四方对称设计了一个简单明了的简略畴变图。我们知道90。畴具有不稳定性,180。畴和非-180。畴具有稳定性,但是在外电场的作用下,90。畴、180。畴和非-180。可翻转导致应变增大,而当去掉外电场,90。畴恢复原貌,所以在去掉外电场的同时应变也逐渐近似趋于恢复原状。(c)为了了解畴结构随组分的变化,我们用压电力显微镜(PFM)测试了不同组分样品的压电振幅、压电相和线穿越畴的压电相轮廓。并分别指出了每个组分样品的相与畴模式的对应关系。(d)带有4f9的电子结构Dy3+具特殊的光谱特性,在可见光区纯在两个发射带,4F9/2→6H15/2跃迁的蓝发射带和4F9/2→6H13/2跃迁黄发射带。黄发射带属于高度灵敏跃迁,极容易受晶体场环境的影响。本实验发现此发射带随Dy3+浓度的增大跃迁能力变强,而同干Dy3+浓度的样品随温度的升高发射带跃迁能力变弱。