钛酸铋基赝钙钛矿结构薄膜的制备和性能研究

论文摘要

钙钛矿氧化物薄膜是当今国际上备受关注的功能材料,在微电子学、光电子学、以及光电集成器件等方面具有广阔的应用前景,本论文选取纯的 Bi4Ti3O12 和掺杂 Bi4Ti3O12 材料,围绕薄膜的制备、过渡金属掺杂以及薄膜结构、表面形貌和光学性质表征等进行了研究,取得了一些结果。主要内容如下: 1. 采用化学溶液法在 Si（100）衬底上制备 LaNiO3（LNO）导电薄膜,研究不同退火温度、不同薄膜厚度对薄膜性质的影响。发现各种条件下制备的薄膜均沿（110）取向,尤其以 650°C、6 次退火得到的薄膜（110）择优取向度最大,最大值为2.05。 2. 采用溶胶-凝胶法制备 Bi4Ti3O12 前驱体溶液,研究不同制备条件对薄膜前驱体溶液性质的影响,完善了铁电薄膜的溶胶-凝胶法制备工艺。 3. 采用溶胶—凝胶法制备 Bi4Ti3O12 薄膜,研究不同退火温度对薄膜结构的影响,发现温度较低时,Bi4Ti3O12 薄膜呈（117）取向,温度较高时（001）、（200）迅速增长,因此理论上存在控制薄膜退火过程,可以分别得到（100）、（117）、（001）取向薄膜的可能性。 4. 利用光学透射法分析 Bi4Ti3O12 薄膜的光学性质,发现薄膜的折射率 n 消光系数 k 均为波长的函数,并满足 Chauchy 色散方程,薄膜的光学带隙为 3.69 eV。 5. 采用溶胶-凝胶法在 Si（100）衬底上制备 Bi3.25La0.75Ti3O12（BLT）薄膜,研究不同退火温度对薄膜结构、表面形貌的影响。发现温度较低时,薄膜呈现（117）取向,晶体颗粒比较小,温度较高时,薄膜呈现（001）取向,晶体颗粒比较大。退火温度导致的薄膜不同择优取向可以用晶格失配关系和热应力来解释。 6. 利用溶胶-凝胶法在石英衬底上制备 BLT 薄膜,研究不同退火温度对薄膜结构、光学性质的影响。在 650°C 以上时,薄膜晶体结构随退火温度变化很小;

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 铁电材料
• 1.2 铁电薄膜
• 1.3 本论文选题依据及主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 实验研究方法
• 2.1 铁电薄膜的制备技术
• 2.2 铁电薄膜物化结构性能表征
• 2.2.1 膜厚的测定
• 2.2.2 薄膜的化学成分分析[28,29]
• 2.2.3 薄膜的组织和形貌[28,29]
• 2.2.4 结构测定[28,29]
• 2.2.5 薄膜材料的光学透射谱及色散关系[30]
• 参考文献
• 第三章 LaNi03导电薄膜的制备与性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 LaNi03 薄膜的制备
• 3.3 不同厚度对LaNi03 薄膜结构的影响
• 3.4 不同晶化温度对LaNi03 薄膜结构的影响
• 3.5 薄膜厚度、退火温度和放置时间对薄膜导电性的影响
• 3.6 小结
• 参考文献
• 第四章Bi4Ti3012薄膜的制备与性能研究
• 4.1 概论
• 4.2 前驱体溶液制备工艺的探索与结果
• 4.2.1 试验
• 4.2.2 溶剂对胶粒大小的影响
• 4.2.3 催化剂对胶粒大小的影响
• 4.2.4 溶液浓度对胶粒大小的影响
• 4.2.5 不同溶剂和甲酰胺对胶体溶液时间稳定性的影响
• 4.3 BTO 薄膜的制备
• 4.3.1 前驱体溶液的制备
• 4.3.2 BTO 薄膜的制备
• 4.3.3 BTO 薄膜退火处理工艺简介
• 4.4 不同退火温度对晶体结构的影响
• 4.5 钛酸铋薄膜的光学性质
• 4.6 本章小结
• 参考文献
• 第五章 Bi3.25La0.75Ti3012薄膜的制备与性能研究
• 5.1 概述
• 5.2 Bi3.25La0.75Ti3012 薄膜的制备
• 5.3 Bi3.25La0.75Ti3012 薄膜形貌及微结构
• 5.4 退火温度对薄膜晶体结构和表面形貌的影响
• 5.4.1 退火温度对薄膜晶体结构的影响
• 5.4.2 退火温度对薄膜表面形貌的影响
• 5.5 衬底对薄膜结构的影响
• 5.6 Bi3.25La0.75Ti3012 薄膜光学性质研究
• 5.6.1 BLT 薄膜光学性质研究
• 5.6.2 薄膜厚度对BLT 薄膜光学性质的影响
• 5.6.3 退火温度对BLT 薄膜光学性质的影响
• 5.7 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 攻读硕士学位期间已发表和递交的论文
• 致谢