铁电陶瓷基光子晶体

1、铁电陶瓷基光子晶体一、概念一维光子晶体（又称布拉格反射镜，1D-PCs），是指在一个方向上具有光子频率禁带的材料，由两种介质交替层叠而成，一维光子晶体对环境气氛、pH值。不同的客体分子具有灵敏的光学响应性。铁电陶瓷是指在一定温度条件下能够发生自发极化，并且其自发极化能随外电场方向改变而变化，主要特征为：（1）一定温度范围内存在自发极化；（2）存在电畴；（3）极化强度随外电场强度变化而变化；（4）介电常数随外电场呈非线性变化。铁电陶瓷材料具有明显的光电效应、搞得折射率、低的光子能量损耗和较明显的相变特征。选文主要以BST化学组成表达式为Ba0.7Sr0.3TiO3陶瓷基一维光子晶体为例，简要的概

2、述铁电陶瓷基光子晶体的制备，结构和形貌。二、制备方法（磁控溅射法）1.对制备需要的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制： 氧化锌靶材料：固态固体 99% 丙酮：液态液体 99% 无水乙醇：液态液体 99% 去离子水：液态液体 99% 氩气：气态气体 99% 导电玻璃：固态固体 表面粗糙度Ra0.04-0.08m BST靶材料：制备材料为碳酸钡（BaCO3）、氧化钛（TiO2）、 碳酸 锶（SrCO3）2.清洗导电玻璃基片（1）将导电玻璃基片垂直置于超声波清洗器中，加入丙酮100ml，进行超声清洗，时间20min，清洗后晾干；（2）将导电玻璃基片置于另一超声波清洗器中，加入无水乙醇100m

3、l,进行超声清洗，时间20min，然后晾干；（3）将导电玻璃基片置于另一超声波清洗器中，加入去离子水200ml,进行超声洗剂，时间20min，洗剂后晾干；3.干燥 将清洗后的导电基片置于石英舟中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度50，真空度18Pa，干燥时间30min，干燥时输入保护气体氩气。 4.磁控溅射制备BST铁电薄膜 射频磁控溅射法是指在高真空环境下，对惰性气体施加高压高频电场，使其电离，并在阴极阳极之间发生辉光放电，产生高能离子流，使其轰击阴极（靶材），使阴极上的材料溅射到衬底基片上，从而形成所需要的薄膜。5.真空低温回火 将导电玻璃光子晶体多层膜置于石英舟中，然后置于低温回火炉中

4、，进行低温回火，回火温度200，真空1.3Pa，回火时间60min。 低温回火后取出，即为最终产物。 三、性能BST 薄膜的性能分析薄膜的性能分析 图为BST 单层薄膜的原子力显微镜图（5*5m2），表面粗糙度均方根(RMS)为0.572nm，最大粗糙度(Rmax)为36.751nm，由此可见，样品表面平整度比较好，样品表面存在一些纹理，主要是与测试样品环境有关。 一维BSTZnO光子晶体理想结构图 为基板即导电玻璃； 为氧化锌； 为BST。BSTZnO光子晶体横截面扫描电镜结构图 由图可知：各膜层结合紧密，颜色发亮的为BST层，灰色的为氧化锌层，薄膜厚度约为800nm。结构分析结构分析BST

5、/ZnO 多层膜的XRD 图 如图为(BST/ZnO)5BST 多层膜结构XRD 图，由图可得，BST 和ZnO 两个主峰分别位于32.82和34.78，BST (110)和ZnO (002)的半高宽均非常小，说明晶体趋于一致性较好，即该两种薄膜具有非常好的结晶性。由图可知，在20-70扫描范围内，只在34左右出现了ZnO（002）衍射峰，说明薄膜具有良好的结晶性能。另外可测得衍射峰的半高宽不大，说明ZnO 薄膜结晶性能稳定，具有较好的纤锌矿结构。 从上述光子晶体多层膜结构图，我们可以看出光子晶体是不同的电介质在一维空间上形成的周期性排列，光在此周期性介质中传播时会发生布拉格衍射。 一维BST/ZnO光子晶体多层膜与传统的一维介质光子晶体多层膜相比，其带隙频率范围极宽，且在带内具有较高的反射率。 参照晶体研究的方法，将光子晶体的空间周期划分为一组平行等间距的平面点阵(hkl），则布拉格方程可表示为: m=2ndhklsin。其中，m是布拉格衍射级数，是衍射波长，n为光子晶体材料的平均折射率，dhkl是坐标为(hkl)晶面间距，为布拉格衍射角。