脉冲激光沉积法制备立方BZN薄膜及其性能研究

"本文主要介绍了使用脉冲激光沉积法制备立方结构的Bi1.5ZnNb1.5O7 (BZN)薄膜的过程及影响薄膜性能的关键因素。通过固相反应法合成出焦绿石立方结构的BZN陶瓷靶材，并在Pt/SiO2/Si(100)基片上制备薄膜。研究发现，衬底温度对薄膜的结晶性能、微观形貌和介电性能有显著影响。在550~650℃的衬底温度范围内，薄膜呈现出纯立方BZN结构，其中600℃下生长的薄膜具有最佳的晶粒发育，表现出高介电常数和低损耗特性。" 本文详细探讨了脉冲激光沉积技术在制备高性能功能材料——立方BZN薄膜中的应用。脉冲激光沉积是一种精密的薄膜制备技术，它利用高能激光脉冲轰击固体靶材，使靶材蒸发或溅射，随后沉积在基片上形成薄膜。在这个过程中，关键参数如衬底温度、激光功率和沉积速率等都会影响最终薄膜的质量。 首先，研究者通过固相反应法合成了高纯度的Bi2O3、ZnO和Nb2O5粉末，经过高温烧结得到立方结构的BZN陶瓷靶材。这种固相反应法是一种常见的制备复杂氧化物陶瓷的方法，能够保证材料的均匀性和晶体结构。 接着，使用脉冲激光沉积技术将BZN靶材转化成薄膜，沉积在Pt/SiO2/Si(100)基片上。基片的选择通常考虑到与薄膜的兼容性、热膨胀系数匹配以及电性能要求。在本研究中，选择的衬底温度范围为550~650℃，这是因为这个温度区间可以促进薄膜的良好结晶，避免其他相的形成。 实验结果显示，随着衬底温度的升高，薄膜的结晶性能和微观形貌发生变化。在550~650℃之间，薄膜呈现立方焦绿石结构，这有利于提高其介电性能。特别地，在600℃时，薄膜的晶粒发育最为完整，这可能是由于更适宜的生长条件使得晶粒有足够的时间和空间生长，从而提高了薄膜的电性能。此时，薄膜的介电常数达到较高值，同时介电损耗较低，这对于高频应用和存储设备是非常理想的。 为了进一步分析薄膜的性质，研究人员采用了多种表征手段，包括X射线衍射(XRD)来确定薄膜的晶体结构，原子力显微镜(AFM)来观察其表面形貌，以及其他常规表面探针技术来获取更多关于薄膜的信息。这些表征方法对于理解薄膜的微结构与性能之间的关系至关重要。 通过优化脉冲激光沉积工艺参数，尤其是衬底温度，可以有效调控立方BZN薄膜的微结构和介电性能。这一研究为设计和制备高性能的电介质薄膜提供了新的策略，对于微电子、光电子以及能源存储等领域具有重要的理论和实际意义。