镧系元素掺杂的钛酸铋薄膜的制备与表征

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稀土金属离子掺杂的钛酸铋(Bi<,4>Ti<,3>O<,12>)铁电薄膜材料具有结晶温度较低、抗疲劳特性好、自发极化强度大等优点,有望成为新的铁电随机存储器(FRAM)材料,所以,近些年来,稀土金属离子掺杂的钛酸铋(Bi<,4>Ti<,3>O<,12>)铁电薄膜材料受到了人们越来越多的重视,成为铁电薄膜研究的热点之一。论文中我们分别用化学溶液沉积(CSD)法制备了掺镧和掺铈的钛酸铋薄膜(BLT、BCT),对其结晶情况、表面形貌、光学性质以及介电性能进行了研究,主要内容包括: 1.用CSD法分别在Si(100)、 Si(111)、石英玻璃和Pt/Ti/SiO<,2>/Si衬底上成功制备出了一系列BLT和BCT铁电薄膜。 2.分别研究了退火温度对BLT和BCT铁电薄膜的结晶情况、表面形貌和光学性质的影响,结果表明退火温度对薄膜的结晶情况、表面形貌有很大的影响。随着退火温度的增加薄膜的结晶越来越好,晶粒越来越大,在700℃左右薄膜结晶完全,呈(117)择优取向的多晶钙钛矿结构。 3.XRD结果表明衬底对薄膜的结晶性能影响不大;镧和铈掺杂也并不改变薄膜的钙钛矿结构;拉曼谱显示镧和铈已经掺入到薄膜的结构当中,镧和钟的掺入导致了BLT和BCT薄膜钙钛矿层中TiO<,6>的畸变。 4.对BLT薄膜椭偏光谱测量研究结果显示:BLT薄膜的折射率n随着退火温度的增加不断增大;在长波区域BLT薄膜的消光系数κ几乎为0,在短波区域消光系数κ随着退火温度的增加而增大。 5. 对BCT薄膜光学透射谱测量研究结果显示:BC3T薄膜的禁带宽度随着退火温度的升高而降低,退火温度为700℃时,Eg=3.525 eV。 6.实验中分别在Pt/Ti/SiO<,2>/Si衬底上制备了Bi<,4>Ti<,3>O<,12>和Bi<,3.25>Ce<,0.75>Ti<,3>O<,12>薄膜,介电测试结果显示实验中制备的Bi<,3.25>Ce<,0.75>Ti<,3>O<,12>薄膜的介电常数相比没有铈掺杂的BTO薄膜的介电常数有所增加,在f=200 kHz时,BCT薄膜的介电常数99.3,介电损耗0.0054。
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