Фотонные кристаллы с оптическими свойствами, зависящие от температуры
ВВЕДЕНИЕ
Современная тенденция к миниатюризации электронных устройств движет многочисленными исследованиями наноструктурированных материалов. Титанат бария (BaTiO3) привлёк значительное внимание в последние десятилетия, благодаря своим превосходным диэлектрическим и сегнетоэлектрическим свойствам (таким как высокая диэлектрическая проницаемость, термостабильность и низкие энергетические потери). Это привело к значительному прогрессу в методах синтеза, которые позволяют получать высококачественные нанокристаллы (НК) BaTiO3 с чётко определённой морфологией (наночастицы, наностолбики, нановолокна, нанокубы и т.д.) и контролируемыми кристаллическими фазами (кубической, тетрагональной и др.) [1].
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3
1 Характеристика, структура и свойства титаната бария, содержащего эрбий и европий 4
1.1 Синтез золя титаната бария, содержащего эрбий 4
1.2 Синтез золя титаната бария, содержащего европий 5
2 Формирование пленок титаната бария, легированных эрбием и европием 7
3 Люминесцентный анализ пленок титаната бария, легированных эрбием и европием 13
4 Ренгенофазный и морфологический анализ пленок титаната бария, легированных лантаноидами 14
5 Анализ экспериментальных результатов 29
6 Экономическое обоснование исследования оптических свойств титаната бария, легированных эрбием и европием 30
Заключение 31
Список использованных источников 32
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
[1] Barium Titanate Nanostructures and Thin Films for Photonics / A. Karvounis [et al.] // Adv. Optical Mater. – 2020. – № 8. – P. 2001249.
[2] The electronic structures and optical properties of BaTiO3 and SrTiO3 using first-principles calculations / C. B. Samantaray [et al.] // Microelectronics Journal. – 2005. – T. 36. – № 8. – P. 725-728.
[3] Flexoelectricity of barium titanate / W. Ma [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2006. – T. 88. – № 23. – P. 232902.
[4] Barium titanate at the nanoscale: controlled synthesis and dielectric and ferroelectric properties / B. Jiang [et al.] // Chem. Soc. Rev. – 2019. – T. 48. – № 4. – P. 1194–1228.
[5] Ferroelectricity at the Nanoscale: Local Polarization in Oxide Thin Films and Heterostructures / C. H. Ahn [et al.] // Science. – 2004. – T. 303. – № 5657. – P. 488–491.
[6] Moisture induced degradation of multilayer ceramic capacitors / D. N. Donahoe [et al.] // Microelectronics Reliability. – 2006. – T. 46. – № 2–4. – P. 400-408.
[7] Flextensional Barium Strontium Titanate Actuators / R. J. Meyer [et al.] // J. Amer. Ceram. Soc. – 2004. – T. 86. – № 6. – P. 934–938.
[8] Lead-free piezoelectric ceramics based on perovskite structures / T. Takenaka [et al.] // J. Electroceram. – 2007. – T. 19. – P. 259–265.
[9] Size effect and fatigue mechanism in ferroelectric thin films / H. Z. Jin [et al.] // J. Appl. Phys. – 2002. – T. 92. – № 8. – P. 4594.
[10] Flexible high capacitance nanocomposite gate insulator for printed organic field-effect transistors / A. Rasul [et al.] // Thin Solid Films. – 2010. – T. 518. – № 23. – P. 7024–7028.
[11] PTCR ceramics produced from oxalate-derived barium titanate / V. N. Shut [et al.] // Inorganic Materials. – 2008. – T. 44. – P. 905.
[12] Progress in the room-temperature optical functions of semiconductors / A. B. Djurišić [et al.] // Materials Science and Engineering Reports. – 2002. – T. 38. – № 6. – P. 237–293.
Между Ba+2 и TiO3-группой образуются ионные связи, а между атомами Ti и О – ковалентные. Поскольку ионные связи сильнее ковалентных, Ba не может быть использован для регулирования макроскопических оптоэлектронных свойств кристалла. В то же время ковалентная между Ti и O может определять некоторые свойства: ширину запрещённой зоны (ЗЗ), показатель преломления и силу поляризации BaTiO3 [2].Объёмный титанат бария в основном существует в четырёх кристаллических фазах, включая кубическую, тетрагональную, ромбическую и ромбоэдрическую. BaTiO3 при комнатной температуре имеет тетрагональную симметрию (вытянутый в одном направлении куб), где Ti и О смещены вдоль оси (ось x на рисунке 1.1), и, поскольку катионный центр отклоняется от анионного, кристаллическая структура спонтанно поляризуется. Однако при температуре выше TК (температуры Кюри, или 120 °C) элементарная ячейка приобретает кубическую симметрию, где ионы занимают симметричные положения, чем объясняется отсутствие поляризации и параэлектрические свойства. Это переход первого рода, поэтому некоторые свойства, такие как электрическая проницаемость, постоянная решётки и поляризуемость, проявляют отсутствие последовательности изменения при пересечении температуры Кюри. Тетрагональная симметрия возникает из-за смещения ионов Ti из центра элементарной ячейки, что даёт суммарный дипольный момент [3, 4].