PDF《薄膜的光学性能研究》

第40卷第3期 上海师范大学学报 (自然科学版 ) Vol.

40, N o.

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0 1

1 年 6月 Journal of ShanghaiNor m alUniversity(Natural Sciences) Jun. ,

2 0

1 1 0. 74Pb(M g1 /3 Nb2 /3 )O3 - 0. 26PbTiO3 薄膜的光学性能研究 田h, 唐艳学 * , 石旺舟 (上海师范大学 数理学院, 上海 200234) 摘要: 采用磁控溅射法, 选用 LaN i O3 ( LNO)作为缓冲层和电极层, 在硅基片上成功地制备出 了0. 74Pb(M g1 /3 Nb2/ 3) O3 -

0 . 26PbT i O3 ( PMN

0 . 26PT )铁电薄膜. X 射线衍射 ( XRD )分析表明 薄膜具有沿 ( 110)方向择优取向的钙钛矿结构. 利用 NKD光谱测试仪测试了薄膜的反射谱, 并使用最小二乘法进行拟合分析得到其折射率和消光系数. 在沉积温度为

500 时, 薄膜具有 更为均匀和致密的微观结构. 在波长为

633 n m 时, 该薄膜的折射率大小为

2 .

41 . 薄膜的折射 率和消光系数随着光子能量的增加而增加. 薄膜的这些光学特性使其有望在低压电光转换器、 光波导等器件中应用. 关键词: PMN

0 . 26PT薄膜;

折射率;

消光系数 中图分类号: O

487 文献标识码: A 文章编号:

1000 5137( 2011)

03 0245

04 收稿日期:

2011 03

18 作者简介: 田h(1985- ), 男, 上海师范大学数理学院硕士研究生;

唐艳学 ( 1979- ), 女, 上海师范大学数理学院 讲师;

石旺舟 ( 1963- ), 男, 上海师范大学数理学院教授. * 通信作者 ( 1- x) Pb(M g1/ 3Nb2 /3 ) O3 - xPbT i O3单晶 (简称 PMN xPT )是典型的弛豫基铁电体, 具有优异的介 电、 压电、 热释电和光学等性能 [

1 -

6 ] , 因此可以广泛地应用于非挥发性存储器、 驱动器、 传感器、 红外探测 器以及非线性光学器件等领域 [

1 -

9 ] . 当今社会的高度信息化对电子器件提出了微小型、 高速、 大容量、 高 集成、 多功能等诸多要求. 薄膜材料直接沉积在集成电路上, 能满足器件的应用要求, 因此薄膜材料的制 备、 性能及其应用是近年来铁电功能材料研究的主要方向. 通常, 性能优异的铁电薄膜大都生长在价格 昂贵的氧化物单晶衬底 ( SrT i O3, M gO 等 )上, 难以实际应用. 因此, 在廉价的硅衬底上制备高性能的铁电 薄膜具有重要意义. 本文作者所采用的方法是磁控溅射法, 该方法克服了脉冲激光沉积 ( PLD)沉积温度高、 制膜面积小 和溶胶 - 凝胶法 ( sol- gel)制备薄膜结晶性差的缺点, 其不仅具有成膜温度低, 与读出电路相兼容, 而且 可以实现薄膜大面积生长, 适用于工业化生产. 近年来有关弛豫铁电薄膜 PMN PT的工作主要集中在制备、 介电和压电性能, 而对于其光学性能的 研究相对较少. 为有效探索 PMN PT 薄膜的光学性质, 在Si片上制备 PMN

0 . 26PT 薄膜. S i衬底的导电 性较差 (电阻率 ~

100 cm), 与铁电薄膜相比具有较大的晶格失配度 ( S i的晶格常数为

0 .

543 n m, PMN PT 的晶格常数为

0 .

403 n m ). 薄膜和缓冲层之间的晶格匹配被认为是影响薄膜生长模式、 应力状 态以及物理性能的重要因素. 为了缓解薄膜与 S i基片之间的晶格失配, 制备高性能的铁电薄膜及实现 其硅基集成化, 通过在 S i衬底上制备一层具有钙钛矿结构并与 PMN PT 铁电薄膜晶格常数 ( a =

0 .

403 nm)匹配的 LaN iO3 ( LNO ) ( a=

0 .

384 n m )导电缓冲层来解决薄膜与衬底之间存在的晶格失配问 上海师范大学学报 (自然科学版 ) 2011年题. 本实验利用磁控溅射法成功地在硅基片上生长出了具有纯钙钛矿结构的 PMN