钙钛矿结构铁电簿膜光学性质研究.pdfVIP

钙钛矿结构铁电薄膜的光学性质研究 杨平雄褚君浩 (中国科学院上海技术物理研究所，红外物理圃．寐重点实验室．上海200083) 铁屯薄膜具有一系列重要性质．如高介电、铁电、压电、热释电和光电等特性．利用这些特性可制 长的极化寿命和好的电学性质等…．这一发现引起了世界各圆的极大关注，使SBT薄膜成为铁电薄膜研究 中最热门的材料之一． 刚脉冲准分子激光沉积(PLD)法制备的SBT薄膜的电学性质．”‘但是对其光学性质的研究，到目前为止还 未见到文献报道．对薄膜的光学性质的研究有助于理解SBT薄月镕无疲劳、在亚微米(100nm)厚度下仍具有 体材料的优良电学性质等的微观机制，如H．N．AI—Shareef等人…研究了光照情况下SBT薄膜的电学性质． 提出了SBT薄膜无疲劳的微观模型． 本文研究了用PLD方法在低温石英玻璃衬底上制备的SBT薄膜的光学性质．ArF脉冲准分子激光器 (Lambda PhysikLPXl20icc，波长193nm)用来沉积SBT薄膜。其能量为160mJ。脉冲频率3Hz，通过 模。最终烧结而成，其直径为3cm．并以2r／min转速旋转．实验时．先抽真空至5Pa，然后通入纯氧气保 护气体．其流量为20cmImin，并保持石英村底温度为400C． 用cuk作发射源的x射线衍射仪对低温石英衬底上脉冲激光沉积的SBT薄膜进行了结构分析．结果 表明低温原位激光沉积的SBT薄膜的衍射峰宽而低．从微观上来看，低温激光沉积的SBT薄膜存在较大的 内应力，衬底温度太低晶粒生长不大．使x射线衍射峰的高度较低．而半峰全宽度则较大． 图1为SBT薄膜的紫外透射光谱图．薄膜在波长为370—900nm范围内表现出良好的透光性，最大透过 率为100％．由于多层结构的干涉效应．在这个波段出现周期性振荡．在320rim处有一陡峭的吸收边． 碍 盏 鞭 Photon 波长 energyfeⅥ 幽1SBT薄膜的紫外透射谱 圈2SBT薄膜在吸收边附近吸收 系数与光子能量关系． 在吸收边附近．薄膜的透过率T与吸收系数q之问满足天系“’ (1) T=Toexp(-ad)． 吸收边1j．。I．琊么．在吸收边透过率．r星指数减小： T．cxp(ad) (2) 88 铁也薄膜属于宽禁带半导体．我们可以根据半导体理论，通过对吸收边附近吸收系数与入射光f能最 线．拟台曲线给出其能隙宽度约为3．25eV．研究表明．层状结构铁电薄膜的能隙宽度主要与薄膜的品牲 尺寸、品粒取向以及杂相等因素有关．如Bi,Ti如”薄膜“”．从微观上看，薄膜的品粒尺寸大小及取向影 响品界之问的电场耦台．势垒发生变化．使得能隙宽度改变．薄膜中若有Bi舡杂相存在，吸收边向长波方 向漂移…．因此对SBT薄膜的禁带宽度的准确确定还需要深入的研究． 图3为SBT薄膜在室温下富里叶变换红外 (FTIR)光谱．FTIR光谱仪是利用迈克尔逊干涉仪将 入射的红外频率的电磁波调制成低频干涉波．再由 计算机进行快速富里叶变换．将干涉圈转变成人们 能够辨认的光谱图．这种光谱仪具有高分辨率、波 蹬 吝 段宽等优点。能够测景强吸收、强散射，弱吸收、 龋 弱发射物质的样品．从幽3可见SBT薄膜对中红外 堪 波段的电磁波表现出良好的吸收。表明这种薄膜在 削 室温红外探洲器中有望得到应用． 臻 采用PLD方法在石英玻璃上制备出均匀透明 的SST薄膜，对其光学性质进行了研究，结果发现 在320nm处有一陡峭的吸收边，在波长为 370—