光记录材料与铁电材料的制备与性能研究

论文摘要

人工薄膜的出现是20世纪材料科学发展的重要标志。自70年代以来薄膜材料、薄膜科学、与薄膜技术一直是高新技术研究中最活跃的研究领域之一，并已取得了突飞猛进的发展。在光记录材料领域，Cu3N薄膜以较低的热分解温度，较高的电阻率，对红外光和可见光的反射率与Cu单质有明显差别，无毒廉价等特殊性质得到了广泛的关注和研究。近年来，铁电薄膜的制备、性能和应用已经成为国际上功能信息材料与器件研究的一个热点。铁电薄膜具有许多优良的物理性质和效应，如铁电开关特性、压电效应、热释电效应、电光效应、声光效应、光折变效应和非线性光学效应等。因此铁电薄膜在微电子、光电子、集成光学和微机械学等领域有着重要的应用前景。其中以对PLT薄膜的研究尤为突出。本论文分为两个部分，第一部分综述了一次性光记录材料Cu3N薄膜的最新研究进展，介绍了其应用领域，研究了室温下纯Cu3N及Ti、Ni、Sn掺杂Cu3N薄膜的制备及性能。第二部分综述了铁电材料PLT的最新研究进展及其应用领域，初步研究了PLT薄膜及粉末的制备和性能。1．纯Cu3N薄膜的制备与性能研究本文采用射频磁控反应溅射手段，在不直接加热的玻璃衬底上制备了纯的Cu3N薄膜。首先改变溅射气氛，氮分压(PN2)分别取0Pa、0.2Pa、0.4Pa、0.6Pa、0.8Pa、1Pa制备薄膜，运用X-射线衍射仪（XRD）研究了氮分压的改变对薄膜结晶性能的影响，当PN2=0.6Pa时，薄膜的结晶性达到最好；改变溅射功率，分别在180W，300W，520W下制备Cu3N薄膜，运用场发射扫描电镜（FE-SEM）、原子力显微镜（AFM）、紫外-可见分光光度计（UV-VIS）、四探针电阻仪等手段研究了功率对薄膜的形貌、电学、光学性能的影响。当功率≥180W时薄膜有良好的结晶并且沿（100）面择优生长；改变靶基距，分别在24mm，31.9mm，40mm，48.4mm，55mm下制备Cu3N薄膜，研究了不同靶基距下薄膜的形貌、电学和光学性能的变化。当靶基距≤48mm时，结晶很好。2．掺杂的Cu3N薄膜的制备与性能研究同样为射频磁控反应溅射法，采用将被掺金属均匀粘贴在紫铜靶表面、或者将金属颗粒均匀镶嵌在紫铜靶表面等方法，通过改变溅射气氛、气体流量、衬底温度等实验参数制备了一系列Ti、Ni、Sn元素掺杂的Cu3N薄膜。通过各种表征手段研究分析了三种元素的掺杂对Cu3N薄膜的形貌、晶格常数、电学、光学性能的影响。分析发现，Ti元素的掺杂对Cu3N薄膜的各性能并未有大的影响；而Ni、Sn元素的掺杂均使Cu3N薄膜由未掺杂时的绝缘体变为了半导体，且光学能隙变小。3．PLT薄膜的制备采用Sol—Gel法以及旋涂法在ITO／玻璃衬底上比较低的温度下（600℃）成功地制备了钙钛矿结构的(Pb1-xLax)Ti1-x／4O3（x=0．09）纳米薄膜，晶粒尺寸在30nm左右，表面无裂纹。在薄膜中金属离子是以与C-O键结合的形式存在的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 薄膜材料的概述
• 1.2 薄膜材料的特征
• 1.3 薄膜的制备方法
• 1.3.1 物理气相沉积法
• 1.3.2 化学气相沉积法
• 1.3.3 等离子体增强化学气相沉积法
• 1.3.4 溶胶-凝胶法
• 1.4 薄膜的应用
• 1.5 光存储材料
• 1.5.1 光存储材料的发展概况
• 1.5.2 本世纪光数字存储展望
• 1.6 铁电材料
• 1.7 选题依据与主要研究内容
• 1.7.1 选题依据
• 1.7.2 主要研究内容
• 参考文献:
• 第二章 射频反应磁控溅射及溶胶-凝胶法原理
• 2.1 射频反应磁控溅射法原理
• 2.1.1 射频溅射原理
• 2.1.2 磁控溅射原理
• 2.1.3 反应溅射原理
• 2.2 溅射成膜的特征
• 2.2.1 溅射镀膜的特点
• 2.2.2 溅射镀膜的成膜机理
• 2.2.3 溅射膜的成分与结构
• 2.3 溶胶-凝胶法成膜的原理
• 2.3.1 溶胶-凝胶法的基本原理
• 2.3.2 溶胶-凝胶的工艺过程
• 2.3.3 溶胶-凝胶的特点
• 参考文献:
• 3N薄膜及其研究现状'>第三章 Cu₃N薄膜及其研究现状
• 3.1 引言
• 3N的晶体结构'>3.2 Cu₃N的晶体结构
• 3N薄膜的性质'>3.3 Cu₃N薄膜的性质
• 3N薄膜的电学性质'>3.3.1 Cu₃N薄膜的电学性质
• 3N薄膜的光学性能'>3.3.2 Cu₃N薄膜的光学性能
• 3N薄膜的热稳定性'>3.3.3 Cu₃N薄膜的热稳定性
• 3N的硬度和耐腐蚀性'>3.3.4 Cu₃N的硬度和耐腐蚀性
• 3.4 氮化铜薄膜的应用前景
• 3.4.1 一次性光记录
• 3.4.2 微电子工业上的应用
• 3.4.3 其它应用
• 参考文献:
• 3N薄膜的制备及性能研究表征'>第四章 Cu₃N薄膜的制备及性能研究表征
• 4.1 射频磁控溅射试验设备
• 4.2 样品的表征手段
• 3N薄膜及研究'>4.3 不加热衬底上沉积Cu₃N薄膜及研究
• 4.3.1 不同溅射气氛
• 4.3.2 不同溅射功率
• 4.3.3 不同靶基距
• 3N薄膜的掺杂及其研究'>4.4 Cu₃N薄膜的掺杂及其研究
• 3N薄膜'>4.4.1 Ti元素掺杂的Cu₃N薄膜
• 3N薄膜'>4.4.2 Ni元素掺杂的Cu₃N薄膜
• 3N薄膜'>4.4.3 Sn元素掺杂的Cu₃N薄膜
• 4.5 本章小结
• 参考文献:
• 第五章 PLT薄膜的制备及初步研究
• 5.1 引言
• 5.2 晶体结构
• 5.3 PLT的性质及应用
• 5.3 PLT薄膜的制备及性质初步研究
• 5.3.1 PLT溶胶的制备
• 5.3.2 PLT薄膜及PLT粉体的制备
• 5.4 表征方法及结果讨论
• 5.4.1 表征方法
• 5.4.2 结果讨论
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文