鐵酸鉍-鈦酸鍶鋇雙層膜多鐵耦合效應(yīng)與改性研究.pdf

1、單相多鐵性BiFeO3(BFO)在室溫條件下同時具備鐵電與鐵磁等多種鐵性，在磁電存儲器、傳感器、驅(qū)動器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，然而BFO的漏電流較大、室溫下磁性較弱,且BFO薄膜易與Pt底電極發(fā)生反應(yīng)，此外BFO結(jié)晶過程需要高溫熱處理，使其還面臨著與半導體互連工藝不兼容的難題，近年來關(guān)于BFO制備與改性方面的研究工作雖然已取得了較大進展，但仍未能同時解決BFO所存在的上述問題。
　　本文的研究目的是解決 BFO基薄膜與Pt底電極

2、發(fā)生反應(yīng)的問題，同時開發(fā)出一種漏電流小、磁性較強的BFO基多鐵性薄膜，并將其分別與第三代半導體ZnO及耐高溫的SiC進行集成。此外，在考察多鐵性材料本征特性時，需要剔除薄膜在襯底上成膜時應(yīng)力的影響等，為此，還通過多鐵性一維納米材料對薄膜的性能進行了進一步驗證。
　　首先采用Ba0.7Sr0.3TiO3(BSTO)作為緩沖層制備了BFO/BSTO雙層薄膜，結(jié)果表明BSTO緩沖層能夠有效地防止 BFO薄膜與Pt底電極發(fā)生反應(yīng)，所獲得的

3、BFO/BSTO薄膜無雜相產(chǎn)生，然而發(fā)現(xiàn)此雙層薄膜中BFO層的Fe2+含量遠高于 Fe3+。為了改善 BFO/BSTO薄膜的漏電特性，進一步通過 La與Mn元素對BFO層進行了摻雜，結(jié)果表明La與Mn共摻雜能夠明顯降低薄膜中Fe2+濃度，從而極大地限制了漏電流。還通過BFO基納米纖維驗證了La與Mn摻雜對BFO中Fe2+的抑制作用以及對BFO漏電特性的改善作用。
　　由于采用 BSTO緩沖層增加了多鐵性薄膜的總厚度，從器件小型化方

4、面考慮，進一步對BSTO緩沖層進行了優(yōu)化，使其同時具備鐵電與鐵磁性能，從而進一步增強Bi0.9La0.1Fe0.95Mn0.05O3(BLFMO)薄膜的綜合性能。首先通過磁性元素Co摻雜的BSTO(Ba0.7Sr0.3Ti0.95Co0.05O3, BSTCO)對緩沖層的成分進行調(diào)整，研究結(jié)果表明 BLFMO/BSTCO雙層薄膜的磁學與磁介電性能均高于BLFMO/BSTO薄膜，具有更優(yōu)良的綜合性能。此外，分別實現(xiàn)了BLFMO/BSTCO

5、薄膜與第三代半導體ZnO及SiC的集成，集成后的多鐵性薄膜均保持著優(yōu)良的鐵電性能。
　　為制備出具有更高磁學與磁介電性能的BLFMO基雙層薄膜，進一步通過磁性材料Ni0.8Zn0.2Fe2O4(NZFO)對BSTO緩沖層進行了復合，結(jié)果表明BSTO–NZFO緩沖層不僅有效地提高了BLFMO薄膜的磁性，同時還顯著增強了其磁介電耦合效應(yīng)，但 BLFMO/BSTO–NZFO雙層薄膜的電學性能較弱。此外，還發(fā)現(xiàn) BLFMO/BSTO–NZ