异质界面对Ca(Mg1/3Nb2/3)O3/CaTiO3叠层薄膜结构和介电性能的影响

周静; 刘存金; 李儒; 陈文

doi:10.7498/aps.61.067401

摘要

采用异质叠层方式制备出一定厚度的Ca(Mg1/3Nb2/3)O3/CaTiO3(CMN/CT)叠层薄膜,研究了异质界面对薄膜结构、微观形貌及介电性能的影响及其规律.根据实验测试结果,提出CMN/CT叠层薄膜的模拟等效电路,建立介电常数和介电损耗的理论计算公式.结果表明:CMN/CT异质叠层薄膜具有完全正交钙钛矿结构,结构致密,厚度均匀,薄膜中存在独立的CMN和CT相.异质界面处存在过渡层,随着薄膜中异质界面个数增加,介电常数增大,介电损耗减小.减小界面过渡层的厚度,有利于提高CMN/CT叠层薄膜的介电性能.

关键词:

Abstract

The effects of heterogeneous interfaces on the microstructure, the morphology and the dielectric properties of Ca(Mg1/3Nb2/3)O3/CaTiO3(CMN/CT) multilayered(ML) thin film prepared in the layer-by-layer mode with a certain thickness are investigated. According to the experimental results, an equivalent circuit of CMN/CT ML thin film is simulated, and the theoretical formulae of the dielectric constant and loss of thin film are established. The results indicate that CMN/CT ML thin film, in which CT and CMN phases can exist independently, possesses a pure orthorhombic perovskite structure, dense smooth surfaces and intermediate layers at the heterogeneous interfaces, and that the dielectric constant increases and the dielectric loss decreases with the increase in the number of heterogeneous interfaces, and reducing the thickness of the interfacial transition layer is useful to improve the dielectric properties of CMN/CT multilayered thin film.

Keywords:

作者及机构信息

1.
武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室, 材料科学与工程学院, 武汉 430070

通信作者: 陈文, chenw@whut.edu.cn

基金项目: 国家自然科学基金重点项目(批准号: 50932004)、国家自然科学基金(批准号: 51072148)、教育部科学技术研究重大项目(批准号: 109111)、教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号: NCET-09-0628)和中央高校基本科研业务费专项资金 (批准号: 2010-II-009)资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Laboratory of Advanced Technology for Material Synthesis and Processing, School of Materials Science and Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China

Corresponding author: Chen Wen, chenw@whut.edu.cn

Funds: Project supported by the Key Program of the Natural Science Foundation of China (Grant No. 50932004), the National Natural Science Foun-dation of China (Grant No. 51072148), the Foundation for Key Program of Ministry of Education, China (Grant No. 109111), the Program for New Century Excellent Talents in University of Ministry of Education of China (Grant No. NCET-09-0628), amd the Fundamental Research Funds for the Central Universities of Ministry of Education of China ( Grant No. 2010-II-009).

参考文献

[1]	Kanno I, Hayashi S, Takayama R, Hirao T 1996 Appl. Phys. Lett. 68 328
[2]
[3]	Zhou J P, He H C, Shi Z, Nan C W 2006 Appl. Phys. Lett. 88 013111-1
[4]	Qu B D, Evstigneev M, Johnson D J, Prince R H 1998 Appl. Phys. Lett. 72 1394
[5]
[6]	ONeill D, Bowman R M, Gregg J M 2000 Appl. Phys. Lett. 77 1520
[7]
[8]	Schmidt R, Eerenstein W, Winiecki T, Morrison F D, Midgley P A 2007 Phys. Rev. B 75 245111-1
[9]
[10]	Zheng F G, Chen J P, Li X W 2006 Acta Phys. Sin. 55 3069 (in Chinese) [郑分刚, 陈建平, 李新婉 2006 物理学报 55 3069]
[11]
[12]	Erbil A, Kim Y, Gerhardt R A 1996 Phys. Rev. Lett. 77 1629
[13]
[14]
[15]	Tabata H, Tanka H, Kawai T 1994 Appl. Phys. Lett. 65 1971
[16]	Zheng F G, Chen J P, Li X W, Shen M R 2006 Mater. Lett. 60 2735
[17]
[18]	Shen J, Zhou J, Lei Q, Ou G, Chen W 2010 J. Chin. Ceram. Soc. 38 10 (in Chinese) [沈杰, 周静, 雷琼, 欧刚, 陈文 2010 硅酸盐学报 38 10]
[19]
[20]
[21]	Dube D C, Baborowski J, Muralt P, Setter N 1999 Appl. Phys. Lett. 74 3547
[22]	Zhu J, Zhou J, Xu L S, Shen J, Yang X Y, Chen W 2008 Synth. React. Inorg. M. 38 168
[23]
[24]	Wang S Q, Ye H Q 2006 Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 10 27
[25]
[26]	Yoon S O, Kim D M, Shim S H, Park J K, Kang K S 2006 J. Eur. Ceram. Soc. 26 2025
[27]
[28]
[29]	Chen Y S 2005 Physics (1st Ed.) (Tianjin: Tianjin University Press) pp337339 (in Chinese) [陈宜生 2005 物理学 (第一版) (天津: 天津大学出版社) 第337---339页]
[30]
[31]	Stengel M, Spaldin N A 2006 Nature 443 679
[32]	Campbell D S, Hayes J A 1994 Capacitive and Resistive Elec-tronic Components (Gordon and Breach, Yverdon) p122
[33]
[34]	Cheng L H, Zheng L Y, Li G R, Zeng J T, Yin Q G 2008 Physica B 403 2588
[35]

施引文献

[1]	Kanno I, Hayashi S, Takayama R, Hirao T 1996 Appl. Phys. Lett. 68 328
[2]
[3]	Zhou J P, He H C, Shi Z, Nan C W 2006 Appl. Phys. Lett. 88 013111-1
[4]	Qu B D, Evstigneev M, Johnson D J, Prince R H 1998 Appl. Phys. Lett. 72 1394
[5]
[6]	ONeill D, Bowman R M, Gregg J M 2000 Appl. Phys. Lett. 77 1520
[7]
[8]	Schmidt R, Eerenstein W, Winiecki T, Morrison F D, Midgley P A 2007 Phys. Rev. B 75 245111-1
[9]
[10]	Zheng F G, Chen J P, Li X W 2006 Acta Phys. Sin. 55 3069 (in Chinese) [郑分刚, 陈建平, 李新婉 2006 物理学报 55 3069]
[11]
[12]	Erbil A, Kim Y, Gerhardt R A 1996 Phys. Rev. Lett. 77 1629
[13]
[14]
[15]	Tabata H, Tanka H, Kawai T 1994 Appl. Phys. Lett. 65 1971
[16]	Zheng F G, Chen J P, Li X W, Shen M R 2006 Mater. Lett. 60 2735
[17]
[18]	Shen J, Zhou J, Lei Q, Ou G, Chen W 2010 J. Chin. Ceram. Soc. 38 10 (in Chinese) [沈杰, 周静, 雷琼, 欧刚, 陈文 2010 硅酸盐学报 38 10]
[19]
[20]
[21]	Dube D C, Baborowski J, Muralt P, Setter N 1999 Appl. Phys. Lett. 74 3547
[22]	Zhu J, Zhou J, Xu L S, Shen J, Yang X Y, Chen W 2008 Synth. React. Inorg. M. 38 168
[23]
[24]	Wang S Q, Ye H Q 2006 Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 10 27
[25]
[26]	Yoon S O, Kim D M, Shim S H, Park J K, Kang K S 2006 J. Eur. Ceram. Soc. 26 2025
[27]
[28]
[29]	Chen Y S 2005 Physics (1st Ed.) (Tianjin: Tianjin University Press) pp337339 (in Chinese) [陈宜生 2005 物理学 (第一版) (天津: 天津大学出版社) 第337---339页]
[30]
[31]	Stengel M, Spaldin N A 2006 Nature 443 679
[32]	Campbell D S, Hayes J A 1994 Capacitive and Resistive Elec-tronic Components (Gordon and Breach, Yverdon) p122
[33]
[34]	Cheng L H, Zheng L Y, Li G R, Zeng J T, Yin Q G 2008 Physica B 403 2588
[35]

[1]	刘东静, 王韶铭, 杨平. 石墨烯/碳化硅异质界面热学特性的分子动力学模拟. 物理学报, 2021, 70(18): 187302. doi: 10.7498/aps.70.20210613
[2]	李宇涵, 邓联文, 罗衡, 贺龙辉, 贺君, 徐运超, 黄生祥. 双层螺旋环超表面复合吸波体等效电路模型及微波损耗机制. 物理学报, 2019, 68(9): 095201. doi: 10.7498/aps.68.20181960
[3]	颜送灵, 唐黎明, 赵宇清. 不同组分厚度比的LaMnO3/SrTiO3异质界面电子结构和磁性的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(7): 077301. doi: 10.7498/aps.65.077301
[4]	胡一明, 廖家轩, 杨函于, 王思哲, 吴孟强, 徐自强, 冯婷婷, 巩峰. 铈镁交替掺杂Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜高调谐性能. 物理学报, 2016, 65(14): 147701. doi: 10.7498/aps.65.147701
[5]	冯奇, 李梦凯, 唐海通, 王晓东, 高忠民, 孟繁玲. 石墨烯/聚乙烯醇/聚偏氟乙烯基纳米复合薄膜的介电性能. 物理学报, 2016, 65(18): 188101. doi: 10.7498/aps.65.188101
[6]	陈明东, 揭晓华, 张海燕. 碳纳米管复合吸波涂层微波吸收性能的模拟计算. 物理学报, 2014, 63(6): 066103. doi: 10.7498/aps.63.066103
[7]	陈姝媛, 阮存军, 王勇. 带状注速调管多间隙扩展互作用输出腔等效电路的研究. 物理学报, 2014, 63(2): 028402. doi: 10.7498/aps.63.028402
[8]	王秀芝, 高劲松, 徐念喜. 利用等效电路模型快速分析加载集总元件的微型化频率选择表面. 物理学报, 2013, 62(20): 207301. doi: 10.7498/aps.62.207301
[9]	张小丽, 林书玉, 付志强, 王勇. 弯曲振动薄圆盘的共振频率和等效电路参数研究. 物理学报, 2013, 62(3): 034301. doi: 10.7498/aps.62.034301
[10]	胡丰伟, 包伯成, 武花干, 王春丽. 荷控忆阻器等效电路分析模型及其电路特性研究. 物理学报, 2013, 62(21): 218401. doi: 10.7498/aps.62.218401
[11]	白春江, 李建清, 胡玉禄, 杨中海, 李斌. 利用等效电路模型计算耦合腔行波管注-波互作用. 物理学报, 2012, 61(17): 178401. doi: 10.7498/aps.61.178401
[12]	刘鹏, 贺颖, 李俊, 朱刚强, 边小兵. 添加Nb对CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能的影响. 物理学报, 2007, 56(9): 5489-5493. doi: 10.7498/aps.56.5489
[13]	周歧刚, 翟继卫, 姚熹. 杂质分布设计对钛酸锶钡薄膜结构和性能的影响. 物理学报, 2007, 56(11): 6666-6673. doi: 10.7498/aps.56.6666
[14]	卫永霞, 钱晓梅, 俞笑竹, 叶超, 宁兆元, 梁荣庆. O2掺杂对SiCOH低k薄膜结构与电学性能的影响. 物理学报, 2007, 56(2): 1172-1176. doi: 10.7498/aps.56.1172
[15]	叶超, 宁兆元, 辛煜, 王婷婷, 俞笑竹. Si—OH基团对SiCOH低k薄膜性能的影响与控制. 物理学报, 2006, 55(5): 2606-2612. doi: 10.7498/aps.55.2606
[16]	马建华, 孙璟兰, 孟祥建, 林铁, 石富文, 褚君浩. SrTiO3金属-绝缘体-半导体结构的介电与界面特性. 物理学报, 2005, 54(3): 1390-1395. doi: 10.7498/aps.54.1390
[17]	李洪奇. 介观压电石英晶体等效电路的量子化. 物理学报, 2005, 54(3): 1361-1365. doi: 10.7498/aps.54.1361
[18]	马世红, 严媚, 李淑红, 陆兴泽, 王根水, 诸君浩, 王文澄. 有序组装超薄膜热释电性能的优化研究. 物理学报, 2003, 52(1): 197-201. doi: 10.7498/aps.52.197
[19]	戴永兵, 沈荷生, 张志明, 何贤昶, 胡晓君, 孙方宏, 莘海维. 金刚石/硅(001)异质界面的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2001, 50(2): 244-250. doi: 10.7498/aps.50.244
[20]	王均宏. 脉冲电压电流沿偶极天线传播过程的等效电路法分析. 物理学报, 2000, 49(9): 1696-1701. doi: 10.7498/aps.49.1696

计量

文章访问数: 6046
PDF下载量: 871
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板