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近年来的研究显示,贵金属纳米颗粒的掺杂能改善介质薄膜的性质。当贵金属纳米颗粒镶嵌在介质薄膜中时,由于纳米颗粒局域场增强效应,使薄膜展现出良好的非线性光学性质。掺杂贵金属纳米颗粒之后,薄膜将出现等离子共振吸收峰。另外,由于导体—介电体复合材料的渗流效应,此类复合膜在高介电常数材料方面具有很好的应用潜力。
稀土元素Nd掺杂钛酸铋铁电薄膜(BNT)具有较大的剩余极化强度,较好的抗疲劳特性,较低的结晶温度,可用来制备高密度非挥发性铁电随机存储器。BNT薄膜材料还具有良好的非线性光学效应。本论文希望在BNT薄膜原有性质的基础上,通过掺杂贵金属纳米颗粒来进一步改善BNT薄膜的性能。
本文采用溶胶—凝胶法在不同衬底上制备了Ag掺杂纳米复合BNT薄膜(Ag—BNT)和Au掺杂纳米复合BNT薄膜(Au—BNT),用XRD、SEM等仪器分析了薄膜的结构和表面形貌,并研究了薄膜的电学性能和光学性能。
1.对Ag—BNT薄膜,Ag纳米颗粒的引入没有改变薄膜的结构,但会影响薄膜的结晶度。Pt/TiO2/SiO2/Si衬底上薄膜的颗粒尺寸随着Ag纳米颗粒含量的增加而减小,介电常数随Ag纳米颗粒含量的增加而提高,其介电损耗也略微增加,在1kHz时,薄膜的介电常数为272,介电损耗为0.039。薄膜的铁电性能则随Ag纳米颗粒的含量增加变差。薄膜在可见光区有很好的透过率,Ag纳米颗粒的引入对薄膜的透射谱没有明显的影响,利用透射谱计算了制备在各种衬底上薄膜的禁带宽度。
2.对Au—BNT薄膜,研究了Au纳米颗粒的引入对薄膜微结构和表面形貌的影响,重点研究了薄膜的吸收谱。Au纳米颗粒掺杂量低时,复合膜没有明显的吸收峰。当Au纳米颗粒掺杂量高达14.7%时,在630nm处存在明显吸收峰,为Au纳米颗粒的共振吸收峰。掺杂摩尔比为1.6%的Au—BNT薄膜的剩余极化为22.6μC/c㎡。