钛酸锶钡薄膜的发光性能与电学性质研究

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1、摘要采用改进的S01．gel法制备了BST薄膜，研究了薄膜的微观结构和介电性质。系统研究了Ho掺杂对Bao．65St035"rio)薄膜结构和光学，电学性质的影响。实验结果表明：在低掺杂(<3m01％)时，Ho离子主要占据Ba,Sr位，增加Ho离子的含量(>5mol·绚，140离子部分替代啊离子；薄膜的平均晶粒大小和表面均方根粗糙度(RMS)随Ho离子含量发生变化，3m01％Ho离子掺杂的样品具有最大的晶粒和最大的表面均方根粗糙度．采用包络法计算了Ho掺杂BST薄膜的折射率、薄膜厚度、吸收系数和光学带隙，利用能带漂

2、移理论讨论了光学带隙随Ho离子浓度变化的原因。研究了Ho掺杂BST薄膜的发光性质，结果表明：当Ho离子的浓度较d、(1m01％)时，发光强度很弱，增加Ho离子的含量，分别在615nln、650nin和750nin附近出现三个发光带，他们分别对应于5后寸5，7，5E专5厶和5最，5‘一5‘的跃迁：615nm的发光带只在3m01％Ho掺杂的样品中出现，750nlTl的发光带强度随Ho离子浓度发生明显的变化，借助寿命谱技术，分析了Ho掺杂BST薄膜的发光淬灭机制。测试了Ho掺杂BST薄膜的电学性能，实验结果表明，1m01

3、％和3m01％Ho掺杂的BST薄膜样品具有优良的介电性能。在室温，100kV／on的电场下，lmol"／d03t001％Ho掺杂的BST薄膜的漏电流分别为7．452xi0‘A／cm2和1．042x10‘A／cm2．优化了组分梯度薄膜的工艺参数，在200kHz时，上、下梯度薄膜的介电常数分别为253．3和343．75，介电损耗分别为0．063和O．025。在室温，IMHz，250kV／cm的外场下，上下梯度薄膜的介电可调分别为49．2％和38．86％，优值分别为7．47和13．67，剩余极化(2啪分别为0．963pC

4、／cm2和2．406／．tC／cm2，详细讨论了上下梯度薄膜的电导机制，所有结果表明下梯度薄膜的电学性能明显优于上梯度薄膜。研究了YSZ缓冲层对组分梯度薄膜微观结构和电学性能的影响，结果表明，YSZ缓冲层促进了薄膜的生长，改善了组分梯度薄膜的微观结构。电学性能测试表明：在100kV／cm的电场下，薄膜的漏电流为3．0x104A／cm2；在500kV／cm的外加电场下，薄膜的介电可调性为48．9％，此时的优值为24．8。关键词：BST薄膜；溶胶．凝胶法；H03+掺杂；电学性能；发光特性ABSl门RACTTheBSTf

5、ilms咄唧删byamodifiedSol-gelmethod,Thecharacteristicof‘microsUucture锄deI洲∞Iprop嘶鹤we∞studied．TheeffectofriodopingOilthestructm-e,o曲∞IandelectricalpropertiesofBao．6sSr03mO，filmswereinvestipted．TheresultsindicatedthattheholmiumsubstitutedforBa／SrionswhentheHoionscon

6、centrationwassmall(<3m01％)．TheholmiumionscansubstituteforTiions、vithincreasingHoionsconcentration(>5mol％)．Theaveragegrainsizeandtheroot-mean-squarewerevariedwiththehohninmionsconcentration．ne3t001％ao-dopedBSTfilmhadthelargestgrainsizeandtheroot-mean—square(RMS

7、)roughness．ncrefi'activeindex,filmthickness，absorptioncoefficientando州calenel'gygap嘴calculatedbyenvelopemethod．There．onoftheopticalenergygapvaried诵thholmiumionsconcentrationwasstudiedusingthetheoryofbandgapshift．Thephotoluminescencepropertiesofno-dopedBSTfilms

8、wereinvestigated．Theresultsshowedthattheluminescenceintensitywasweakat1t001％HoMopedconcentration．Therew哦threehaninescencebandsaround615Im650nm,and750nnl．Thecorrespondingtransitions