摻雜LiNbO3薄膜的制備及磁性研究.pdf

1、多鐵材料在信息儲(chǔ)存、自旋電子器件，磁傳感器以及電容、電感一體化器件等方面都顯示出了潛在的應(yīng)用前景，而用磁性元素對(duì)LiNbO3薄膜的摻雜有望獲得鐵電鐵磁性共存，將形成一種新型多鐵材料體系。
　　 采用射頻磁控濺射的方法，分別在Si(100)和Si(111)襯底上制備了LiNbO3/SiO2/Si多層結(jié)構(gòu)薄膜，并采用X射線衍射儀(XRD)、傅里葉變換紅外吸收光譜儀(FT-IR)和掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)LiNbO3薄膜的結(jié)晶取向、

2、組成成分、表面形貌進(jìn)行了表征，系統(tǒng)的研究了SiO2過(guò)渡層對(duì)LiNbO3薄膜c軸取向的影響。在此基礎(chǔ)上，還采用共濺射的方法在Si(111)襯底制備出了具有室溫鐵磁性的磁性元素(Fe、Co、Ni)摻雜的LiNbO3薄膜，并用x射線光電子能譜(XPS)和振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)對(duì)其進(jìn)行了表征，分析了摻雜元素在樣品中的存在價(jià)態(tài)，初步探討了樣品的磁性來(lái)源，獲得了以下結(jié)論：
　　 1.當(dāng)SiO2過(guò)度層未退火時(shí)為非晶態(tài)，且SiO2過(guò)度層的缺氧

3、度隨著過(guò)渡層厚度的增加而增大；當(dāng)SiO2過(guò)度層經(jīng)過(guò)退火處理時(shí)，且隨著退火溫度的升高，SiO2過(guò)度層的結(jié)晶度逐漸增強(qiáng)，缺氧度逐漸降低。
　　 2.隨著SiO2過(guò)度層退火溫度的升高(RT～1200℃)和厚度的增加(10nm～50nm)，在Si(100)襯底上，LiNbO3薄膜的c軸取向是逐漸增強(qiáng)的；而在Si(111)襯底上，LiNbO3薄膜的c軸取向是逐漸減弱的。當(dāng)SiO2過(guò)度層的厚度為10nm、不經(jīng)過(guò)退火時(shí)，在Si(111)襯底上

4、，LiNbO3薄膜獲得了最強(qiáng)的c軸取向，其(006)峰的織構(gòu)系數(shù)高達(dá)90％。
　　 3.Fe、Co摻雜的LiNbO3薄膜樣品在300K時(shí)均表現(xiàn)出明顯的鐵磁性。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)Fe、Co在樣品中主要以Fe3+、Co2+的形式存在，且樣品中并沒(méi)有生成第二相，即摻雜LiNbO3薄膜樣品的室溫鐵磁性不是來(lái)自于雜質(zhì)相，而是來(lái)源于其本征特性。其中，F(xiàn)e3+在Fe：LiNbO3薄膜中存在八面體位和五面體位兩種占位分布，通過(guò)對(duì)摻雜LiNbO3薄膜樣

5、品的磁交換機(jī)制的初步分析，認(rèn)為其鐵磁性主要來(lái)源于這兩種不同占位Fe3+間以氧離子為媒介產(chǎn)生的間接超交換作用，且薄膜的磁化強(qiáng)度隨著Fe摻雜含量的增加而減小。Co在Co：LiNbO3薄膜中僅存在八面體位一種占位形式，通過(guò)對(duì)薄膜磁性能的分析也表明，其鐵磁性主要來(lái)源于Co2+間的間接超交換作用，且薄膜的磁化強(qiáng)度隨著Co摻雜含量的增加而增大。
　　 4.Ni摻雜的LiNbO3薄膜樣品在300K時(shí)同樣也表現(xiàn)出明顯的鐵磁性，但無(wú)法確定Ni在薄