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PLT铁电薄膜的漏电流与I-V特性的研究

压电与声光 1997年第3期19卷 167-175页

作者：宋志棠任巍张良莹姚熹西安交通大学电子材料与器件研究所

室温下在ＭＯＤ法制备的ＰＬＴ铁电薄膜的样品上，观察不同电场强度下电流随时间的变化，根据电流的变化情况，把电场划分为弱、中、强三个区间。在弱场下，电流随时间的变化可用幂指数的衰减来模拟，而且衰减系数随场强的增加有减小的... 详细信息

室温下在ＭＯＤ法制备的ＰＬＴ铁电薄膜的样品上，观察不同电场强度下电流随时间的变化，根据电流的变化情况，把电场划分为弱、中、强三个区间。在弱场下，电流随时间的变化可用幂指数的衰减来模拟，而且衰减系数随场强的增加有减小的趋势。在中强场时，电流随时间在水平方向上上下波动。在强场下，电流随时间在波动的同时不断增大。因此在对不同区间电流随时间变化Ｉ（ｔ）曲线分析的基础上，确定某一电场强度下的漏导电流，作出了Ｉ－Ｖ曲线。同时发现不同配方，在相同工艺条件下的样品，其弱、中、强场的数值区间是不一样的，因此作出的Ｉ－Ｖ曲线也有所区别。对非欧姆区的导电机理用空间电荷限制电流（ＳＣＬＣ）模型和晶界限制电流（ＧＢＬＣ）模型来解释，同时对样品正向与反向的导电机理进行了对比研究。

关键词：铁电薄膜漏导电流 PLT

分子量对α相聚偏氟乙烯介电性能与储能特性的影响

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功能材料 2017年第6期48卷 6018-6022,6028页

作者：赵月涛陈燕周榆久杨文耀徐建华电子科技大学光电信息学院电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都610054 成都信息工程大学光电技术学院成都610225 重庆文理学院新型储能器件及应用工程研究中心重庆402160

制备了4种不同分子量的α相聚偏氟乙烯(PVDF)膜,研究了PVDF分子量对其介电性能与储能特性的影响。研究结果表明,低分子量PVDF膜具有更窄的电滞回线,其充放电效率达到了73.05%,是高分子量薄膜的2.27倍。进一步的研究发现,在1 000kV/cm电... 详细信息

制备了4种不同分子量的α相聚偏氟乙烯(PVDF)膜,研究了PVDF分子量对其介电性能与储能特性的影响。研究结果表明,低分子量PVDF膜具有更窄的电滞回线,其充放电效率达到了73.05%,是高分子量薄膜的2.27倍。进一步的研究发现,在1 000kV/cm电场下,低分子量PVDF膜的漏导电流为0.07175μA,远低于高分子量PVDF膜,并体现出较高的电阻率(22.7TΩ·m),更适合作为储能电容器的电介质材料。

关键词：相对介电常数充放电效率漏导电流电阻率

Gd,Co共掺杂对BiFeO_3陶瓷电输运和铁磁特性的影响

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物理学报 2012年第17期61卷 494-501页

作者：宋桂林周晓辉苏健杨海刚王天兴常方高河南师范大学物理与信息工程学院新乡453007 河南省光伏材料重点实验室新乡453007

采用快速液相烧结法制备BiFeO_3和Bi_(0.95)Gd_(0.05)Fe_(1-x)Co_xO_3(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)陶瓷样品,研究Gd,Co共掺杂对BiFeO_3微观结构,介电性能和铁磁性的影响.X射线衍射谱表明:所有样品的主衍射峰与纯相BiFeO_3相符合且具有良好的晶体结构,随着Co^(3+)掺杂量x的增大,Bi_(0.95)Gd_(0.05)Fe_(1-x)Co_xO_3样品的主衍射峰(104)与(110)逐渐相互重叠,当x大于0.1时,样品呈现正方晶系结构;J-V特性显示Gd3+,Co^(3+)共掺杂有效地降低BiFeO_3陶瓷的漏导电流,其降低幅度为1—2个数量级;当f=10~3 Hz时,Bi_(0.95)Gd_(0.05)Fe_(0.8)Co_(0.2)O_3的介电常数是BiFeO_3的6倍,而Bi_(0.95)Gd_(0.05)Fe_(0.95)Co_(0.05)O_3和Bi_(0.95)Gd_(0.05)Fe_(0.85)Co_(0.15)O_3样品的介电损耗最小,均为0.01.室温下,Bi_(0.95)Gd_(0.05)Fe_(1-x)Co_xO_3样品磁性与BiFeO_3相比显著增强.在磁场为30 kOe的作用下,Bi_(0.95)Gd_(0.05)Fe_(1-x)Co_xO_3(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)的剩余磁化强度M_r分别是BiFeO_3的34,60,105,103,180倍.样品磁性增强的主要原因是Gd,Co掺杂使BiFeO_3的晶格结构发生变化导致BiFeO_3自身储存的磁性能被释放,Gd^(3+)的4f电子与Fe^(3+)或Co^(3+)的3d电子自旋相互作用及样品中存在局域的Fe-O-Co磁耦合三者共同作用的结果.

关键词：铁磁电材料磁滞回线漏导电流

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退火制度对PZT铁电薄膜性能的影响

仪器仪表学报 2003年第Z2期24卷 309-310页

作者：张宁欣侯生根任天令刘理天清华大学微电子所北京100084

铁电薄膜的性质对于硅基MEMS器件有重要的影响,鉴于此本文尝试通过改善退火工艺以提高PZT薄膜的铁电和压电性质。采用溶胶凝胶法,在Si/SiO_2/Ti/Pt衬底上制备了PZT铁电薄膜。实验中,采用一次退火工艺和每层退火工艺制备了两种PZT薄膜,采... 详细信息

铁电薄膜的性质对于硅基MEMS器件有重要的影响,鉴于此本文尝试通过改善退火工艺以提高PZT薄膜的铁电和压电性质。采用溶胶凝胶法,在Si/SiO_2/Ti/Pt衬底上制备了PZT铁电薄膜。实验中,采用一次退火工艺和每层退火工艺制备了两种PZT薄膜,采用XRD对薄膜的晶体结构进行分析,通过C—V和I—V特性的研究发现,每层退火工艺有助于提高PZT薄膜的C—V性质,并降低漏导电流。

关键词：退火制度PZT 溶胶凝胶漏导电流

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玻璃添加对BiFeO3陶瓷多铁性的影响

玻璃添加对BiFeO3陶瓷多铁性的影响

作者：张盼盼陕西科技大学

学位级别：硕士

多铁性材料作为多功能材料的一种,它所表现出的铁电、铁磁等优良特性使其在信息存储、自旋电子及传感器等领域得到极大的关注。具有扭曲钙钛矿型(AB03)结构的BiFeO3材料由于在室温下铁电和铁磁之间产生的耦合效应使其成为最具前景性的... 详细信息

多铁性材料作为多功能材料的一种,它所表现出的铁电、铁磁等优良特性使其在信息存储、自旋电子及传感器等领域得到极大的关注。具有扭曲钙钛矿型(AB03)结构的BiFeO3材料由于在室温下铁电和铁磁之间产生的耦合效应使其成为最具前景性的多铁性材料,近年来倍受诸多研究者们的青睐。目前,采用稀土离子／过渡金属对BiFeO3陶瓷进行掺杂改性研究是主要手段,但其成本较高。玻璃作为一种添加剂,制备简单且易于获得,不仅可作为一种烧结助剂且可优化陶瓷性能。本论文采用固相法合成BiFeO3粉体,探究不同煅烧温度对BiFeO3粉体纯度的影响,确定最佳合成参数。此外,采用传统固相法分别制备不同含量的(Ba0.5Sr0.5)Nb206-G(简称BSN-G)、 SrO-Fe2O3-SiO2-B2O3微晶玻璃(简称SFSB)和Bi2O3-B2O3-ZnO(简称BBZ)添加的BiFeO3陶瓷,并对陶瓷的烧结特性、微观形貌、晶体结构、漏导电流、铁电及磁性能进行了系统的研究。(1)采用固相法制备BiFeO3-x[BSN-G] (x=0.0～5.0 wt%)陶瓷样品,研究添加不同含量的BSN-G对BiFeO3陶瓷微观形貌,电性能及磁性能的影响。结果表明：BSN-G的加入使得陶瓷样品的烧结温度降低、气孔率降低、致密度提高。这主要源于BSN-G中部分玻璃相的存在使得陶瓷样品在烧结过程中形成的液相更能充分浸润固体颗粒,液相参与烧结过程,大大促进了传质的进行,进而使得陶瓷样品致密度提高。样品的介电常数和介电损耗均随着BSN-G的加入呈降低趋势,当x=5.0%时,样品在频率为1 kHz时的介电常数为72,介电损耗为0.003。此外,添加BSN-G使得BiFeO3陶瓷的漏导电流降低,x=5.0%的样品获得较饱和的电滞回线,其饱和极化强度Ps为1.5 μC/cm2,漏导电流密度J为0.39μA/cm2。此外,随着x增加,样品的磁性能得到略微改善。(2)首先采用高温熔融法制备SrO-Fe2O3-SiO2-B2O3系统基础玻璃,随后采用整体析晶法制备出主晶相为Sr2FeSi207的磁性微晶玻璃,磁性能测试显示该样品具有典型的铁磁特性其饱和磁化强度Ms=10.527 emu/g以及矫顽力Hc=210.462 Oe。其次,对BiFeO3-xSFSB (x=1.0～9.0wt%)体系陶瓷进行研究。结果表明：当x=5.0%时,样品的相对密度达最大值,这表明过多的玻璃相使得陶瓷在烧结过程中体系的黏度增大,反而不利于气孔排除,最终使得致密度下降。此外,随着x增加,样品的介电常数降低而介电损耗先降低后增大,x=5.0%时样品在频率为1 kHz下的介电常数为85,介电损耗降至0.02以下。当x=1.0%时,样品M-H呈线性关系,表现为典型的反铁磁性材料;随着x增加,陶瓷样品的饱和磁化强度(Ms)和矫顽场(Ho)均明显增大,当x=9.0%时,陶瓷样品的Ms=0.230 emu/g和Hc=3122Oe。表明SFSB的加入使得BiFeO3陶瓷磁性能得到明显改善。(3) BiFeO3-xBBZ (x=0.0～5.0wt%)陶瓷的研究结果表明：BBZ的加入使得BiFeO3陶瓷的烧结温度显著降低、致密度提高、晶粒细化。由Raman分析可知,BBZ的加入使得BiFeO3陶瓷中的Bi-O键及Fe-O键都得到了不同程度的增强,进而使得铁电性和铁磁性得到一定的改善,这主要源于BBZ中部分Bi3+补充BiFeO3陶瓷中Bi3+的挥发。当频率为100 Hz时,x=5.0%样品的介电常数达到168,介电损耗为0.05。此外,当测试频率为100Hz～1 MHz时,介电常数和介电损耗随温度的变化呈现弥散现象,表现为Maxwell-Wagner型弛豫。与x=0.0%的样品相比,x=5.0%样品其漏导电流降低了约3个数量级。另外,随着x增加,样品的饱和磁化强度(Ms)及矫顽场(Hc)均增大,x=5.0%时陶瓷样品的Ms=0.170 emu/g和Hc=2796 Oe。这是由于BBZ的加入使得Fe06八面体的位置发生变化,从而使得BiFeO3陶瓷的菱形钙钛矿结构发生扭曲,Fe-O-Fe之间的键角变小,有利于磁性能的增强。

关键词： BiFeO3陶瓷玻璃添加漏导电流反铁磁性

微带线滤波器用高Q值微波介质陶瓷的制备及性能研究

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微带线滤波器用高Q值微波介质陶瓷的制备及性能研究

作者：许振鹏天津大学

学位级别：硕士

近年来,随着第五代移动通讯技术(5G)的快速布局,虚拟现实、自动驾驶、远程医疗等新式应用场景带来数据浪潮将引起更高的电力消耗。以5G基站为例,大规模天线技术(Massive MIMO)的引入使5G基站能耗达到4G基站的3倍,如何降低微波系统功耗成... 详细信息

近年来,随着第五代移动通讯技术(5G)的快速布局,虚拟现实、自动驾驶、远程医疗等新式应用场景带来数据浪潮将引起更高的电力消耗。以5G基站为例,大规模天线技术(Massive MIMO)的引入使5G基站能耗达到4G基站的3倍,如何降低微波系统功耗成为5G发展的首要问题。高品质因数(Q值)微波介质陶瓷是低功耗微波器件的基础,综合提升微波介质陶瓷介电性能是解决5G功耗问题的关键。本文以MgTiO为基础,通过掺杂、复合等工艺,制备出具有适中介电常数、高Q值、谐振频率温度系数近零的微波介质陶瓷;并基于MgTiO陶瓷基板,研发面向5G网络的C波段(4～8GHz)低损耗陶瓷基微带线滤波器,具有重要的理论及应用价值。本文的主要研究内容及结果如下:1、为提升MgTiO微波介质陶瓷的品质因数,通过低熔点氟化物MgF掺杂形成液相促进陶瓷致密化烧结过程,并以过量镁元素掺杂改善陶瓷晶相。在此基础上进行如下分析:(1)探究了R-P相结构对品质因数的影响机理;(2)基于体积密度表征以及漏导电流变化趋势,建立了微波介质陶瓷微观结构与介电性能间的作用关系。最终制备MgTiO-3wt%MgF样品具有如下微波介电性能:ε=18.09,Qf=262,900GHz(@8.98GHz),τ=-41.5×10/℃,有望满足5G微波通信的低损耗应用需求,但谐振频率温度系数需要进一步改进。2、为调节MgTiO微波介质陶瓷的负谐振频率温度系数近零,采用具有正谐振频率温度系数的(CaSr)Ti O体系进行复合。通过分析复合体系的物相组成与微观结构,建立微波介质陶瓷介电性能与物相组成之间的内在关联。最终制备3wt%MgF掺杂0.95MgTiO-0.05(CaSr)Ti O样品具有如下微波介电性能:ε=19.99,Qf=90,100GHz(@8.72GHz),τ=-2.9×10/℃,满足低损耗微带线滤波器基板应用需求。3、基于MgTiO-3wt%MgF陶瓷基板研发了一款4阶6.1GHz的C波段平行耦合微带线滤波器。基于Agilent ADS软件系统分析了基板各性能参数对滤波器S参数的影响。最终测试结果:滤波器中心频率f=6.1GHz,相对带宽FBW约6.5%,带内插入损耗|S|小于3d B,最优值1.18d B,带内回波损耗|S|大于15d B,5.4GHz处|S|值衰减大于30d B,6.8GHz处|S|值衰减大于20d B,为5G网络C波段微波系统实现提供了新的器件选择,具有重要的应用价值。

关键词：钛酸镁微波介电性能 R-P复合相结构漏导电流微带线滤波器

Bi1-xErxFe1-y-zMnyCozO3-Co1-αMnαFe2O4复合薄膜的制备及多铁性能研究

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Bi1-xErxFe1-y-zMnyCozO3-Co1-αMnαFe2O4复合薄膜的制备及多铁...

作者：郑玉娟陕西科技大学

学位级别：硕士

BiFeO(BFO)作为典型的在室温下具有多铁性能的材料,具有高的居里温度(TC=1103K)和尼尔温度(TN=645K),受到了广泛的关注。然而,其大的漏导电流与弱的铁磁性能严重地阻碍了其在实际中的应用。虽然掺杂改性和复合磁性材料层在一定程度上提... 详细信息

BiFeO(BFO)作为典型的在室温下具有多铁性能的材料,具有高的居里温度(TC=1103K)和尼尔温度(TN=645K),受到了广泛的关注。然而,其大的漏导电流与弱的铁磁性能严重地阻碍了其在实际中的应用。虽然掺杂改性和复合磁性材料层在一定程度上提高了BFO材料的性能,然而掺杂所提高的铁磁性能微弱,复合磁性相材料层会对复合薄膜的铁电性能的破坏,这都使BFO材料的多铁性能没有得到大的改变。因此,本课题将掺杂与复合磁性相这两种方法结合起来研究其对BFO薄膜的结构和多铁性能的影响。本课题采用溶胶凝胶法成功地在FTO/glass基板上制备了BiErxFeO(BExFO)薄膜,BiErFeCoO(BEFCzO)薄膜,BiErxFe6Mn0.02Co0.02O(BExFMCO)以及BiErFe8Co0.02O-Co1-αMnαFe2O4(BEFCO-CMαFO)和BiErFe6Co0.02Mn0.02O-Co1-αMnαFe2O4(BEFMCO-CMαFO)复合薄膜。研究了不同掺杂以及不同结构的铁磁层对于BFO薄膜的结构、介电、漏导、离子价态、铁电以及铁磁等性能的影响。主要结果如下:(1)BExFO薄膜的结构由BFO薄膜的典型菱方钙钛矿R3c:H结构变为菱方R3c:H与R3m:R两相共存的结构,且薄膜中存在着丰富的Fe2+和大量的氧空位;薄膜的漏导电流随着Er3+离子的掺入而增大,但BExFO薄膜中有铁电转换存在,其中BE0.09FO薄膜铁电翻转电流为1.42×10-2A,饱和磁化强度为Ms为2.60emu/cm3。(2)BEFCzO薄膜的结构随着Co2+的掺入,由BE0)FO的菱方R3c:H与R3m:R空间群转变为菱方和三斜相共存的结构,且在BEFeC0.02O薄膜中出现了菱方/三斜相的准同型相界;相比于BEFO薄膜,BEFCzO薄膜中的氧空位浓度有所降低,其漏导电流也降低了近3个数量级;BEFCzO薄膜的多铁性能得到了提高,其中,BEFC0.02O薄膜的Ms为17.08emu/cm3,Mr为6.35emu/cm3,剩余极化值为Pr为80.77μC/cm2。(3)BExFMCO薄膜的结构由典型的菱方钙钛矿R3c:H结构变为三方P1,再变为正交的Pbmn两相共存的结构;BExFMCO薄膜中Fe2+的含量有所降低,且在BEFMCO薄膜中的Fe2+/Fe3+接近1:1,这使薄膜中存在较强的超交换作用,有利于薄膜磁性能的提高;BEFMCO薄膜具有优异的多铁性能,其剩余极化值Pr为79.72μC/cm2,饱和磁化强度与剩余磁化强度分别为Ms为9.78emu/cm3,Mr为2.1emu/cm3。(4)复合薄膜BEFMCO/CMαFO和BEFCO/CMαFO呈现出优异的多铁性能。BEFMCO/CM0.3FO薄膜的Pr为157.8μC/cm2,Ec为497kV/cm,Ms为51.47emu/cm3,Mr为23.53emu/cm3,且该薄膜具有良好的可读写性能和铁电翻转特性。BEFCO/CM0.3FO薄膜的Ms为74.9emu/cm3,Mr为34.1emu/cm3,Pr为156.3μC/cm2,Ec为410kV/cm。复合薄膜中铁电性能的变化主要来源于底层Mn2+掺杂使得CMαFO层的结构由立方Fd-3m:2向三方R-3m:H发生结构转变诱导了BEFMCO或BEFCO层中的三斜-P1向三方-R3c:H转变,三斜P1结构含量的改变和两相共存有利于复合薄膜铁电性能的提高,磁电性变化主要主要来源于CMαFO层磁性能。

关键词： BiFeO3 掺杂复合薄膜结构多铁性能漏导电流