BCFTO-BNT多鐵異質結及其電學性能研究.pdf

1、多鐵性材料是指同時具有兩種或兩種以上基本鐵性(鐵電性、鐵磁性、鐵彈性)的一類材料，由于其同時具有多種基本鐵性，因而在新一代信息存儲器、傳感器、自旋電子設備中得到廣泛的運用。BiFeO3薄膜作為典型的多鐵性材料，是唯一一種在室溫下同時表現出鐵電有序性和反鐵磁性有序性的材料，它具有較高的鐵電居里溫度(Tc~1123 K)和反鐵磁奈爾溫度(TN~647 K)及較高剩余極化強度，因此成為近年來物理學、微電子學、材料學科等相關領域的一個研究熱點。

2、但由于 BiFeO3薄膜漏電流較大，嚴重的限制了BiFeO3薄膜的實際應用。本文選取BiFeO3薄膜為研究對象，主要開展了以下三個方面的工作：溶膠凝膠法制備 Bi1-xCexFe1-yTiyO3薄膜及性能表征；溶膠凝膠法制備Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜及性能表征；Bi0.94Ce0.06Fe0.97Ti0.03O3/Bi3.15Nd0.85Ti3O12多鐵異質結的制備及電學性能研究。
　　本研究主要內容包括：⑴采用溶膠

3、凝膠法在Pt/Ti/SiO2/Si襯底上制備了Bi1-xCexFe1-yTiyO3(x=0.03,0.06,0.09;y=0.03,0.06,0.09)薄膜，系統的研究了不同Ce、Ti共摻雜比例對BiFeO3薄膜漏電及鐵電性能的影響，得出了最佳Ce、Ti共參雜比例：x=0.06；y=0.03。在此基礎上本文采用溶膠凝膠法制備了BiFeO3、Bi0.94Ce0.06FeO3、BiFe0.97Ti0.03O3薄膜作為對比，近一步研究了Ce、

4、Ti共摻雜對BiFeO3薄膜微觀結構及電學性能的影響。實驗結果表明Bi0.94Ce0.06Fe0.97Ti0.03O3薄膜具有較大的剩余極化強度(2Pr~130μC/cm2@1240 kV/cm)、較高的介電常數(364@1 kHz)，其漏電流密度(9×10-6A/cm2@100 kV/cm)相比BiFeO3薄膜降低了兩個多數量級。⑵為進一步降低Bi0.94Ce0.06Fe0.97Ti0.03O3薄膜的電學性能，本文通過在Pt/Ti/S

5、iO2/Si襯底與Bi0.94Ce0.06Fe0.97Ti0.03O3薄膜之間加入一層Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜，制備Bi0.94Ce0.06Fe0.97Ti0.03O3/Bi3.15Nd0.85Ti3O12多鐵異質結結構。在制備異質結前，采用溶膠凝膠法在Pt/Ti/SiO2/Si襯底上制備了Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜，并對其微觀結構及電學性能經行了表征。測試結果表明，所制備的Bi3.15Nd0.85Ti3O

6、12薄膜具有飽和的電滯回線，剩余極化強度為42μC/cm2(@13 V)，當測試頻率為1kHz時介電常數為570。⑶在上一階段工作的基礎上，采用溶膠凝膠法在Pt/Ti/SiO2/Si襯底制備了Bi0.94Ce0.06Fe0.97Ti0.03O3/Bi3.15Nd0.85Ti3O12多鐵異質結，并采用XRD、SEM、半導體參數分析儀、鐵電分析儀、震動樣品磁強計等對樣品的微觀結構及電學性能進行了分析。實驗數據表明，Bi3.15Nd0.85T