摻雜及異質(zhì)結(jié)構(gòu)對鐵酸鉍薄膜結(jié)構(gòu)與性能影響研究.pdf

1、 密 級 桂林電子科技大學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 （全日制專業(yè)學(xué)位碩士） （全日制專業(yè)學(xué)位碩士） 題目 摻雜及異質(zhì)結(jié)構(gòu)對鐵酸鉍薄膜結(jié)構(gòu)與性能影響研究 摻雜及異質(zhì)結(jié)構(gòu)對鐵酸鉍薄膜結(jié)構(gòu)與性能影響研究 （英文） （英文） Study on doping and heterostructure effect on structure and performance of ferrite bismuth fi

2、lms 研 究 生 學(xué) 號: 1310302011 研 究 生 姓 名: 韓 冬 指導(dǎo)教師姓名、職務(wù) 指導(dǎo)教師姓名、職務(wù): 王華 王華 教授 教授 申 請 學(xué) 位 門 類: 工 學(xué) 學(xué) 科、專 科、專 業(yè) 名 稱:

3、 材料工程 材料工程 提 交 論 文 日 期: 2015 年 10 月 論 文 答 辯 日 期: 2015 年 12 月 摘要 摘 要 鐵酸鉍（BiFeO3）因在室溫下同時具有鐵電性和反鐵磁性引發(fā)了廣泛研究，近年來發(fā)現(xiàn)的光伏效應(yīng)和良好的透光性又為其在太陽能電池及透明電子領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能，但較大的漏電流

4、和較低的鐵電性卻嚴(yán)重阻礙了其應(yīng)用。 本研究基于透明電子應(yīng)用的需要，采用 sol-gel 法在摻氟的氧化錫透明導(dǎo)電玻璃(FTO/glass)襯體上制備了 BiFeO3(BFO)及其 Nd、Ni 摻雜薄膜；在 Pt 襯體上制備了Bi3.15Nd0.15Ti3O12(BNTO)薄膜和 BNTO/BFO 等異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜。研究了相關(guān)薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌、漏電流、鐵電性、磁性和光學(xué)特性。主要內(nèi)容和結(jié)論如下： （1）研究了溶劑對 BFO 薄膜結(jié)構(gòu)和性能的

5、影響。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)乙酸酐的比例達(dá)到 20%時， BFO 薄膜的漏電流密度達(dá)到最小， 此時薄膜的剩余極化值 Pr=0.65μC/cm2。（2）采用 sol-gel 法在 FTO/glass 襯體上制備了 Nd 摻雜 BFO 薄膜，并對薄膜的性能進(jìn)行了研究。研究表明：Nd 摻雜使薄膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變，當(dāng) Nd 摻雜量為15%時，薄膜的漏電流密度最小，剩余極化強(qiáng)度達(dá)到最大值 Pr=17.96μC/cm2。隨著Nd 摻雜量的增加，薄膜的磁性得

6、到提高，在 Nd 摻雜量為 20%時達(dá)到最大，同時薄膜的透過率逐漸降低，禁帶寬度逐漸減少。 （3）在 FTO/glass 襯體上制備了 Ni 摻雜 Bi0.85Nd0.15FeO3 的薄膜，研究了 Ni 摻雜量對薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。 結(jié)果表明： 當(dāng) Ni 摻雜量為 5%時， 薄膜剩余極化強(qiáng)度達(dá)到最大值 Pr=26.43μC/cm2；隨著 Ni 摻雜量的增加，薄膜的磁性得到提高，在 Ni 摻雜量為 18%時達(dá)到最大；薄膜的透過率隨 Ni

7、 摻雜量的增加而逐漸降低，禁帶寬度逐漸減少。 （4）研究了退火溫度對 Bi3.15Nd0.15Ti3O12 薄膜結(jié)構(gòu)與性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)退火溫度為 750℃時，薄膜的剩余極化強(qiáng)度最大，其值為 Pr=8.36μC/cm2。 （5） 制備出 BNTO/BFO 等的不同結(jié)構(gòu)的異質(zhì)薄膜， 并對其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了分析。 結(jié)果表明， 異質(zhì)結(jié)薄膜成多晶的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。 其漏電流密度降低了 2-3 個數(shù)量級，剩余極化強(qiáng)度和耐壓得到很大程度的提高。