釩酸鉍薄膜的合成和性質(zhì)研究.pdf

1、多年來(lái)，鐵電薄膜材料由于具有優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)特性，以及在器件應(yīng)用方面的良好前景，得到了廣泛而深入的研究。釩酸鉍薄膜材料(Bi2VO5.5)，作為一種新興的鉍基類(lèi)鈣鈦礦鐵電材料，具有高居里溫度、低介電常數(shù)、良好的鐵電特性和電光特性，在非易失性鐵電存儲(chǔ)器、薄膜電容、薄膜紅外傳感器和電光器件中有著廣闊的應(yīng)用前景。目前，對(duì)于釩酸鉍材料的研究還處于初期研究階段，研究主要是集中在兩個(gè)方面：釩酸鉍固體電解質(zhì)體材料和釩酸鉍鐵電薄膜。目前，隨著薄膜制備工

2、藝的多元化發(fā)展和制備技術(shù)的提高，釩酸鉍薄膜材料的研究逐漸成為熱點(diǎn)。這主要集中在對(duì)薄膜的鐵電性質(zhì)和介電性質(zhì)兩方面的研究，而對(duì)BVO薄膜光學(xué)性質(zhì)的研究相對(duì)較少。另外，在薄膜制備技術(shù)方面，主要是利用激光脈沖沉積技術(shù)(PLD)和金屬有機(jī)物化學(xué)氣象沉積(MOCVD)，而利用其他方法制備的BVO薄膜則鮮有報(bào)道。釩酸鉍薄膜作為一種很有前途的鐵電薄膜材料，具有很大的研究空間和研究?jī)r(jià)值。鑒于上面這些原因，本文利用溶膠凝膠(Sol-gel)的方法制備了不同

3、襯底上的BVO薄膜以及摻雜的BVO薄膜，并測(cè)試了這些樣品的結(jié)構(gòu)、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，以求對(duì)BVO薄膜的性質(zhì)有一個(gè)更全面和深入的研究。主要成果如下：
　　 (1)成功配置了BVO材料的前驅(qū)溶液，并使用化學(xué)溶膠凝膠的方法，在不同的退火溫度下制備了多個(gè)表面形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)良好的BVO薄膜。主要包括Si(100)襯底，SiO2/Si(100)和LaNiO3(LNO)/Si(100)襯底上的純BVO樣品以及摻Mg和摻Fe的BVO樣品。
　

4、　 (2)利用X射線(xiàn)衍射設(shè)備和原子力顯微鏡對(duì)成功制得的BVO樣品進(jìn)行了微結(jié)構(gòu)和表面形貌的研究。分析了不同襯底以及Fe、Mg摻雜對(duì)于BVO薄膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn)SiO2層的引入使得BVO薄膜的衍射峰更強(qiáng)，晶化更明顯，而且薄膜表面粗糙度降低，表面形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都得到了改善。而600℃退火溫度下，LNO層的存在則削弱了BVO薄膜c軸取向的衍射峰強(qiáng)度，衍射圖譜中出現(xiàn)了非c軸取向的衍射峰，并且通過(guò)原子力顯微鏡觀測(cè)到薄膜的表面形貌和內(nèi)部結(jié)

5、構(gòu)變差。
　　 (3)利用拉曼光譜及橢偏測(cè)量等手段對(duì)不同厚度，不同退火溫度以及摻雜的BVO薄膜的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，擬合得到了各種樣品的折射率n和消光系數(shù)k的值，并進(jìn)一步得到了BVO薄膜的吸收系數(shù)和禁帶寬度。在600nm處，BVO薄膜的折射率為2.35，消光系數(shù)為0.035。另外根據(jù)間接躍遷公式，擬合出了BVO薄膜的禁帶寬度在2.80eV左右。BVO薄膜的折射率和消光系數(shù)隨著薄膜厚度的變化呈現(xiàn)出相反的變化，厚度越大，n和k越小。對(duì)

6、不同退火溫度條件下的BVO薄膜的進(jìn)行光學(xué)測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，折射率和消光系數(shù)隨著退火溫度的升高而增大，并且在650℃時(shí)，達(dá)到最大值。
　　 (4)對(duì)摻雜Fe和Mg的BVO薄膜進(jìn)行了鐵電性質(zhì)的測(cè)試，研究了摻雜對(duì)于BVO薄膜結(jié)構(gòu)和鐵電性質(zhì)的影響。發(fā)現(xiàn)適量的Fe摻雜不僅改變了薄膜的結(jié)構(gòu)，而且改善了薄膜的鐵電性能。在外加偏壓為18V時(shí)，Bi2Fe0.04V0.96O5.5薄膜的剩余極化強(qiáng)度和矯頑電場(chǎng)的值分別為2.80μC/cm2和174kV/c