鐵性薄膜材料的制備及磁電性能表征.pdf

1、鐵磁性材料、鐵電性材料、鐵彈性材料以及同時擁有多種鐵性的多鐵性材料，都屬于鐵性材料，這是一大類數(shù)量相當(dāng)龐大的非常重要的先進(jìn)功能材料。本文以鐵性材料為研究對象，首先對鐵電性材料、鐵磁性材料和多鐵材料進(jìn)行了簡要的介紹，討論了當(dāng)前磁電復(fù)合材料的主要類型以及多鐵性磁電復(fù)合薄膜的研究進(jìn)展，然后對鐵電薄膜和多鐵性磁電復(fù)合薄膜的制備方法及磁電性能表征手段進(jìn)行了介紹。主要研究內(nèi)容和實驗結(jié)果概括為以下幾個方面：
　　第一，研究了Bi3.5Nd0.5

2、Ti3O12鐵電薄膜的極化疲勞行為。采用溶膠-凝膠法在Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)襯底上沉積了Bi3.5Nd0.5Ti3O12鐵電薄膜。研究了Bi3.5Nd0.5Ti3O12薄膜的鐵電性能、疲勞特性以及漏電特性。結(jié)果表明，極化翻轉(zhuǎn)次數(shù)、疲勞電壓的頻率、驅(qū)動電場的幅度及波形等都對Bi3.5Nd0.5Ti3O12鐵電薄膜的疲勞行為有明顯的影響。極化翻轉(zhuǎn)次數(shù)越多，驅(qū)動電場的頻率越低，驅(qū)動電場的幅度越大，Bi3.5Nd0.5T

3、i3O12鐵電薄膜的疲勞行為越顯著。關(guān)于鐵電極化疲勞的機理有多種，例如電極電荷的注入、晶粒界面處電荷的堆積、反向疇成核被抑制等等。
　　第二，研究了熱解溫度對鑭、錳共摻雜的鐵酸鉍薄膜性能的影響。分別選取在不同的溫度下熱解制備了Bi0.9La0.1Fe0.95Mn0.05O3(BLFMO)鐵電薄膜樣品。利用熱失重儀(TGA)分析BLFMO原粉的質(zhì)量損失，用X射線衍射儀(XRD)和原子力顯微鏡(AFM)分析BLFMO薄膜的晶體結(jié)構(gòu)和表

4、面形貌。研究結(jié)果表明，隨著熱解溫度的上升，相應(yīng)地薄膜的質(zhì)量有所提高，結(jié)晶度，密度以及平整度都提高了，薄膜的剩余極化值增大，漏電流密度降低。在350℃-420℃溫度范圍內(nèi)熱解的薄膜樣品在外加133kV/cm的測試電場的條件下，其剩余極化Pr值從6.2μC/cm2上升到12μC/cm2，而矯頑場從63kV/cm降到42kV/cm。在420℃溫度下熱解的BLFMO薄膜，當(dāng)外加267kV/cm測試電場時，具有標(biāo)準(zhǔn)化的電滯回線，同時其剩余極化值達(dá)

5、到21.2μC/cm2，矯頑場為99kV/cm，漏電流密度為7.1mA/cm2。說明薄膜在此熱解溫度下具有較好的鐵電性能。
　　第三，制備了La0.6Ca0.4MnO3-Bi3.4Nd0.6Ti3O12磁電復(fù)合薄膜并對其磁電性能進(jìn)行了表征。采用溶膠-凝膠法在Pt/Ti/SiO2/Si(100)襯底上沉積了xLa0.6Ca0.4MnO3-(1-x)Bi3.4Nd0.6Ti3O12(x=0.3，0.4和0.5)磁電復(fù)合薄膜。薄膜的結(jié)晶

6、情況良好，Bi3.4Nd0.6Ti3O12鐵電相和La0.6Ca0.4MnO3鐵磁相兩相共存。通過電學(xué)和磁學(xué)性能的測試，證明La0.6Ca0.4MnO3-Bi3.4Nd0.6Ti3O12磁電復(fù)合薄膜具有良好的鐵電性和磁性，同時具有明顯的磁電耦合效應(yīng)。
　　第四，研究了沉積順序?qū)i3.25Nd0.75Ti3O12-La0.6Ca0.4MnO3磁電復(fù)合薄膜性能的影響。采用溶膠-凝膠法以及旋涂工藝在Pt/Ti/SiO2/Si(100)

7、基底上沉積出了兩種不同沉積順序的Bi3.25Nd0.75Ti3O12-La0.6Ca0.4MnO3磁電復(fù)合薄膜。研究結(jié)果表明，這兩種雙層結(jié)構(gòu)的磁電復(fù)合薄膜都表現(xiàn)出良好的鐵電性和鐵磁性，以及一定的磁電耦合效應(yīng)。由于兩種不同沉積順序的磁電復(fù)合薄膜在結(jié)構(gòu)上有所不同，它們的鐵電性能和鐵磁性能以及磁電耦合行為也有所不同。這些結(jié)果表明沉積順序?qū)@種雙層結(jié)構(gòu)磁電復(fù)合薄膜的鐵電性,鐵磁性以及磁電耦合行為等都具有明顯的影響。
　　第五，制備了(Bi