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随着现代化高新技术的飞速发展,各类介电材料的性能引起了人们广泛的注意。对于电介质材料的各种应用我们总希望其具有特定范围内的介电常数和比较低的介电损耗。前人有许多工作给出了一种提高材料介电常数的方法,即向电介质材料中掺入具有相对较高介电常数的第二相。同时,往非晶材料中掺入磁性纳米颗粒的工作也得到广泛的研究,此类物质表现出许多新颖的光学性质和磁学性质。基于以上研究背景以及现代工业中薄膜材料的广泛应用,本文着眼于制备掺杂磁性纳米颗粒的非晶介电薄膜以提高介电材料的介电常数,并期望通过施加磁场影响此类复合薄膜材料的介电常数,从而得到一种介电调制的方法。我们分别研究了Ni-LaAlO<,3>薄膜,Co-LaAlO<,3>及Co<,3>O<,4>-LaAlO<,3>薄膜,ZnFe<,2>O<,4>-SiO<,2>薄膜,主要结果如下:
1.Ni-LAO薄膜:
我们通过一种交替溅射的PLD方法在Si衬底上淀积了掺杂Ni金属颗粒的LaAlO<,3>(LAO)薄膜,通过XRD衍射图和XR(f)S结果确定了Ni的状态和含量。掺杂Ni金属颗粒后的LAO薄膜其介电常数相比纯LAO薄膜有了明显的提高,同时并没有太大介电损耗的增长和漏电流的增加。此外,我们对Ni-LAO样品施加了大小约0.2T的匀强磁场,发现薄膜的介电电容在磁场的影响下又有了微量的提高,这显然是由于磁性Ni颗粒的掺杂而引起的。
2.Co-LAO及Co<,3>O<,4>~LAO薄膜:
我们还是利用PLD方法在Pt-Ti-SiO<,2>-Si衬底上淀积了掺杂Co金属颗粒的LAO薄膜,并通过快速热退火的方法得到了掺杂Co<,3>O<,4>颗粒的LAO薄膜,并由XRD衍射图和XPS结果确定了薄膜的形态和成分。在掺杂影响下,薄膜的介电常数都有很大的提升,同时Co-LAO薄膜介电损耗的增长小于Co<,3>O<,4>-LAO薄膜。我们分别对这两种样品施加了约0.6T的匀强磁场,发现Co-LAO薄膜其介电变化类似于Ni-LAO系统,在磁场影响下介电常数有微量的提高。而对于Co<,3>O<,4>-LAO薄膜,其介电常数在磁场影响下却有少量的降低。对于掺杂Ni和Co金属颗粒LAO薄膜介电常数在磁场下的改变,我们猜测是磁场影响了Ni和Co费米面附近电子云的形状,使得其费米面附近电子云密度变大从而有利于极化的进行所导致的。 3. ZnFe<,2>O<,4>-SiO<,2>薄膜:
我们通过溶胶─凝胶法(Sol-Gel)在Pt-Ti-SiO<,2>-Si衬底上制备了掺杂ZnFe<,2>O<,4>纳米颗粒的SiO<,2>薄膜,并通过XRD图和TEM照片确定了ZnFe<,2>O<,4>以纳米颗粒的形式存在于非晶SiO<,2>基体中。我们发现随着ZnFe<,2>O<,4>含量的提高,薄膜的介电常数也不断的升高,同时其介电损耗虽然也有相应的增长但并不显著。我们还对掺杂30wt%ZnFe<,2>O<,4>样品施加了约0.2T的匀强磁场,发现薄膜的介电常数在磁场影响下有微量的降低。对于这一现象我们给出了一个可能的解释,即磁场影响了铁氧体的超交换作用从而带动了电场下等效电偶极矩的大小变化。