衬底温度对Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7薄膜XPS结构的影响

本研究论文主要探讨了使用固相反应法制备的具有焦绿石立方结构的Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7(BZN)陶瓷靶材在脉冲激光沉积技术(Pulsed Laser Deposition, PLD)下，通过Pt/TiO2/SiO2/Si(100)基片在不同衬底温度下生长薄膜的过程。实验重点考察了衬底温度（500℃至700℃）对BZN薄膜的结构和性能的影响。 首先，研究发现当衬底温度为500℃时，BZN薄膜呈现出无定形态结构，这表明在较低温度下，材料未能形成有序的晶体结构，而是呈现液态或玻璃态。随着温度上升至550℃，薄膜开始经历相变，从非晶态转变为立方焦绿石结构，表明在此温度下，晶体生长条件变得有利，促进了BZN薄膜的有序排列。 X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)被用来深入研究BZN薄膜的结构和元素价态。XRD结果显示了薄膜的相结构变化，而XPS则提供了关于元素组成和价态的详细信息。在BZN薄膜中，除了用于校准的碳(C)元素外，只有Bi、Zn、Nb和O元素的特征峰存在，证明了薄膜主要由这些元素构成。同时，Ti2p特征峰的出现，可能是由于底电极TiO2缓冲层的影响。 通过窄谱扫描，研究者观察到Bi、Zn、Nb和O的化学价态分别为+3、+2、+5和-2，这些价态有助于理解BZN薄膜内部的氧化还原状态。值得注意的是，当衬底温度升至600℃时，金属阳离子的结合能峰位发生向高能方向移动，而O1s特征峰也表现出类似的移动趋势。这表明高温下可能存在氧空位，即氧原子在晶格中的位置不完整，可能会影响薄膜的电学性质和热稳定性。 这项研究揭示了衬底温度对Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7薄膜生长过程中的关键作用，以及如何通过控制温度来调控其结构和成分，这对于优化BZN薄膜的性能，如电导率、光学性质或磁性等方面具有重要的指导意义。未来的工作可能需要进一步探究不同温度条件下BZN薄膜的微观缺陷结构及其对器件性能的影响。