BaTiO_3/SrTiO_3超晶格界面结构与光电性能关系研究

摘要

最近的研究结果表明 ,由L MBE生长的铁电BaTiO3 /SrTiO3 超晶格的二次谐波产生系数(d3 3 可达 1 5 6 .5pm/V)比体材料BaTiO3 高出一个数量级。为了探讨该材料超常的光电性能与微结构的关系 ,我们对其界面结构进行了详细研究。样品的名义结构为 :BaTiO3 (n) /{SrTiO3 (n) /BaTiO3 (n) }m/SrTiO3 ( 0 0 1 ) ,其中n为晶胞数 ,m为周期数。由于样品相当薄 (单层厚度仅为 2～ 1 6nm) ,而且界面失配大 ,使应变和晶格常数的测定比较困难 ,为此我们采用了X射线掠入射反射率和漫散射等多种实验方法。X射线掠入射反射率和漫散射的理论模拟结果表明 ,样品的表面、界面粗糙度为σ =0 .1nm至 0 .2nm ,Ispec/Idiffuse≈ 1 0 3 ,Bragg衍射除了多级卫星峰外还出现了干涉条纹 ,表明超晶格样品具有原子级平滑的表面和界面。在分析 ( 0 0 2 )、( 30 3)、( 0 33)和 ( 1 0 3)对称和非对称衍射及相应的倒易空间图的基础上 ,确定了样品的水平和垂直晶格常数。第一次采用掠入射衍射(GID)技术 ,直接测定了BaTiO3 /SrTiO3 超晶格的界面应变的水平弛豫。结构分析结果显示 :随周期厚度的变化 ,超晶格水平应变量与二次谐波产生系数的变化具有对应关系。即随周期厚度减小 ,界面水平弛豫减小 ,晶格内应力增大 ,从而使得自发极化增大 ,并?