鐵酸鉍基復(fù)合薄膜的制備及性能研究.pdf

1、鐵酸鉍（BiFeO3）是目前發(fā)現(xiàn)在室溫下同時(shí)具有鐵電有序和G型反鐵磁有序特性的單相多鐵性材料，可用于信息存儲(chǔ)、自旋電子器件及傳感器等領(lǐng)域。因此制備高質(zhì)量、高性能的BiFeO3對(duì)其在微電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的意義。然而，目前在制備和測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)尚存在一些問題，如易形成雜相、漏電流較大且磁性較弱以致難以觀測(cè)到磁電耦合等。本文針對(duì)上述問題展開如下研究：1）通過摻雜改性和工藝控制，抑制雜相的產(chǎn)生，提高BiFeO3的磁電性能；2）通過控制薄

2、膜的取向生長(zhǎng)，提高其磁電性能；3）通過與鐵磁性材料復(fù)合，提高其磁化強(qiáng)度。最后，本文還研究了這類薄膜的微細(xì)加工性。主要結(jié)論如下：
　　適量A位La3+摻雜或B位Mn3+均能抑制BiFeO3薄膜中雜相的產(chǎn)生、降低薄膜的漏電流密度、提高薄膜的飽和磁化強(qiáng)度和剩余極化強(qiáng)度，但其作用有限。而La3+、Mn3+共摻雜則可顯著降低BiFeO3薄膜的漏電流密度，同時(shí)增強(qiáng)薄膜的飽和磁化強(qiáng)度和剩余極化強(qiáng)度；對(duì)Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.

3、05O3薄膜研究可知，溫度對(duì)其磁電性能具有顯著的影響，當(dāng)溫度在50K～300 K范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，飽和磁化強(qiáng)度逐漸減小，但剩余極化強(qiáng)度卻大幅增加，在175K左右時(shí)顯示出最佳的磁電耦合效應(yīng)。
　　采用LaAlO3單晶作為基板，可實(shí)現(xiàn)薄膜的外延生長(zhǎng)，制備出具有取向性的Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.05O3薄膜，且取向性薄膜的剩余極化強(qiáng)度和飽和磁化強(qiáng)度均高于隨機(jī)取向的薄膜。其中以La0.67Sr0.33MnO3為底電

4、極時(shí)的Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.05O3外延薄膜的剩余極化強(qiáng)度、飽和磁化強(qiáng)度及磁電效應(yīng)均高于在LaNiO3底電極上制備的Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.05O3外延薄膜。
　　為提高薄膜的磁電性能，分別采用Ni-Zn鐵氧體和Co-Zn鐵氧體為磁性相制備了0-3顆?；旌闲秃?-2疊層型的Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.05O3/鐵氧體復(fù)合薄膜，結(jié)果表明：0-3型復(fù)合薄膜的飽和磁化強(qiáng)度遠(yuǎn)高于多

5、晶Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.05O3薄膜，但剩余極化強(qiáng)度低于多晶Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.05O3薄膜。2-2型雙層結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜的磁電耦合效應(yīng)高于單相薄膜，且在基板上首先沉積Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.05O3薄膜得到的雙層復(fù)合薄膜的磁電耦合效應(yīng)優(yōu)于首先沉積鐵氧體得到的復(fù)合薄膜。
　　為了獲得多鐵性薄膜的微細(xì)圖形，論文最后還研究了對(duì)其微細(xì)加工的新方法，即感光溶膠-凝膠法。通過在B