鐵電陶瓷基光子晶體

1、鐵電陶瓷基光子晶體一、概念一維光子晶體（又稱布拉格反射鏡，1D-PCs），是指在一個(gè)方向上具有光子頻率禁帶的材料，由兩種介質(zhì)交替層疊而成，一維光子晶體對(duì)環(huán)境氣氛、pH值。不同的客體分子具有靈敏的光學(xué)響應(yīng)性。鐵電陶瓷是指在一定溫度條件下能夠發(fā)生自發(fā)極化，并且其自發(fā)極化能隨外電場(chǎng)方向改變而變化，主要特征為：（1）一定溫度范圍內(nèi)存在自發(fā)極化；（2）存在電疇；（3）極化強(qiáng)度隨外電場(chǎng)強(qiáng)度變化而變化；（4）介電常數(shù)隨外電場(chǎng)呈非線性變化。鐵電陶瓷材料具有明顯的光電效應(yīng)、搞得折射率、低的光子能量損耗和較明顯的相變特征。選文主要以BST化學(xué)組成表達(dá)式為Ba0.7Sr0.3TiO3陶瓷基一維光子晶體為例，簡(jiǎn)要的概

2、述鐵電陶瓷基光子晶體的制備，結(jié)構(gòu)和形貌。二、制備方法（磁控濺射法）1.對(duì)制備需要的化學(xué)物質(zhì)材料要進(jìn)行精選，并進(jìn)行質(zhì)量純度控制： 氧化鋅靶材料：固態(tài)固體 99% 丙酮：液態(tài)液體 99% 無水乙醇：液態(tài)液體 99% 去離子水：液態(tài)液體 99% 氬氣：氣態(tài)氣體 99% 導(dǎo)電玻璃：固態(tài)固體 表面粗糙度Ra0.04-0.08m BST靶材料：制備材料為碳酸鋇（BaCO3）、氧化鈦（TiO2）、 碳酸 鍶（SrCO3）2.清洗導(dǎo)電玻璃基片（1）將導(dǎo)電玻璃基片垂直置于超聲波清洗器中，加入丙酮100ml，進(jìn)行超聲清洗，時(shí)間20min，清洗后晾干；（2）將導(dǎo)電玻璃基片置于另一超聲波清洗器中，加入無水乙醇100m

3、l,進(jìn)行超聲清洗，時(shí)間20min，然后晾干；（3）將導(dǎo)電玻璃基片置于另一超聲波清洗器中，加入去離子水200ml,進(jìn)行超聲洗劑，時(shí)間20min，洗劑后晾干；3.干燥 將清洗后的導(dǎo)電基片置于石英舟中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥溫度50，真空度18Pa，干燥時(shí)間30min，干燥時(shí)輸入保護(hù)氣體氬氣。 4.磁控濺射制備BST鐵電薄膜 射頻磁控濺射法是指在高真空環(huán)境下，對(duì)惰性氣體施加高壓高頻電場(chǎng)，使其電離，并在陰極陽極之間發(fā)生輝光放電，產(chǎn)生高能離子流，使其轟擊陰極（靶材），使陰極上的材料濺射到襯底基片上，從而形成所需要的薄膜。5.真空低溫回火 將導(dǎo)電玻璃光子晶體多層膜置于石英舟中，然后置于低溫回火爐中

4、，進(jìn)行低溫回火，回火溫度200，真空1.3Pa，回火時(shí)間60min。 低溫回火后取出，即為最終產(chǎn)物。 三、性能BST 薄膜的性能分析薄膜的性能分析 圖為BST 單層薄膜的原子力顯微鏡圖（5*5m2），表面粗糙度均方根(RMS)為0.572nm，最大粗糙度(Rmax)為36.751nm，由此可見，樣品表面平整度比較好，樣品表面存在一些紋理，主要是與測(cè)試樣品環(huán)境有關(guān)。 一維BSTZnO光子晶體理想結(jié)構(gòu)圖 為基板即導(dǎo)電玻璃； 為氧化鋅； 為BST。BSTZnO光子晶體橫截面掃描電鏡結(jié)構(gòu)圖 由圖可知：各膜層結(jié)合緊密，顏色發(fā)亮的為BST層，灰色的為氧化鋅層，薄膜厚度約為800nm。結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)分析BST

5、/ZnO 多層膜的XRD 圖 如圖為(BST/ZnO)5BST 多層膜結(jié)構(gòu)XRD 圖，由圖可得，BST 和ZnO 兩個(gè)主峰分別位于32.82和34.78，BST (110)和ZnO (002)的半高寬均非常小，說明晶體趨于一致性較好，即該兩種薄膜具有非常好的結(jié)晶性。由圖可知，在20-70掃描范圍內(nèi)，只在34左右出現(xiàn)了ZnO（002）衍射峰，說明薄膜具有良好的結(jié)晶性能。另外可測(cè)得衍射峰的半高寬不大，說明ZnO 薄膜結(jié)晶性能穩(wěn)定，具有較好的纖鋅礦結(jié)構(gòu)。 從上述光子晶體多層膜結(jié)構(gòu)圖，我們可以看出光子晶體是不同的電介質(zhì)在一維空間上形成的周期性排列，光在此周期性介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)發(fā)生布拉格衍射。 一維BST/ZnO光子晶體多層膜與傳統(tǒng)的一維介質(zhì)光子晶體多層膜相比，其帶隙頻率范圍極寬，且在帶內(nèi)具有較高的反射率。 參照晶體研究的方法，將光子晶體的空間周期劃分為一組平行等間距的平面點(diǎn)陣(hkl），則布拉格方程可表示為: m=2ndhklsin。其中，m是布拉格衍射級(jí)數(shù)，是衍射波長(zhǎng)，n為光子晶體材料的平均折射率，dhkl是坐標(biāo)為(hkl)晶面間距，為布拉格衍射角。