BiFeO-,3-薄膜的溶膠凝膠方法的制備、摻雜及電磁性質(zhì)的研究.pdf

1、華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文BiFeO薄膜的溶膠凝膠方法的制備、摻雜及電磁性質(zhì)的研究姓名：劉紅日申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：材料物理與化學(xué)指導(dǎo)教師：劉祖黎20061112華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文IV相對(duì)ITO玻璃襯底，PtTiSiO2Si襯底上的BiFeO3薄膜表現(xiàn)出小的介電色散。主要因?yàn)锽iFeO3薄膜與Pt電極之間具有良好的界面。在相同退火溫度下制備的BiFeO3薄膜中，以LaNiO3Si(111)襯底上的鐵電性最強(qiáng)，450℃到600℃退火

2、的薄膜的雙剩余極化強(qiáng)度分別為6.4μCcm2，8.2μCcm2，12.8μCcm2和2.3μCcm2。通過剖面透射電鏡分析觀察到了600℃退火的薄膜中存在嚴(yán)重的界面反應(yīng)界面反映生成的界面層分擔(dān)了大部分測(cè)試電壓應(yīng)致使加在薄膜層上的測(cè)試電場(chǎng)降低，介電性質(zhì)惡化。另外，薄膜的漏電流隨退火溫度的升高而增加，主要因?yàn)楦叩耐嘶饻囟葘?dǎo)致晶粒邊界連通所致。對(duì)于LaNiO3SiO2Si襯底上的BiFeO3薄膜，其取向決定于退火工藝。逐層退火有利于薄膜外延生

3、長(zhǎng)而獲得擇優(yōu)取向，而一次性退火則不利于薄膜的擇優(yōu)取向生長(zhǎng)。兩薄膜的鐵電性和介電性質(zhì)由薄膜的結(jié)晶程度和取向共同決定。漏電導(dǎo)特性分析表明兩薄膜由歐姆型電導(dǎo)向空間電荷限制的電導(dǎo)轉(zhuǎn)化的電壓相同。(2)加入La(NO3).6H2O，參照純BiFeO3薄膜的制備工藝制備了A位La替代的Bi1－xLaxFeO3薄膜，替代前后的容忍因子分別為0.8479和0.8486，因此能夠形成穩(wěn)定的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。XRD測(cè)試表明直到x＝0.20，所有的薄膜都呈現(xiàn)良好的

4、R3m結(jié)構(gòu)，沒有結(jié)構(gòu)失調(diào)的現(xiàn)象出現(xiàn)，并且所有的薄膜均呈完全的隨機(jī)取向。其中x＝0.10的薄膜具有最強(qiáng)的鐵電性，相應(yīng)的2Pr為4.40μCcm2。通過A位的10％的La替代，薄膜的鐵電性得到了增強(qiáng)，雙剩余極化強(qiáng)度從3.35μCcm2提高到了4.40μCcm2，增強(qiáng)的鐵電性來自La替代導(dǎo)致的薄膜的取向變化和晶格形變。同時(shí)介電性質(zhì)得到了提高，10kHz的測(cè)試頻率下的相對(duì)介電常數(shù)由未替代的120增加到10％替代的165。此外，漏電流得到了顯著的

5、限制，相同測(cè)試電壓下20％La替代的薄膜的漏電流比未替代的薄膜減少了3～5個(gè)數(shù)量級(jí)。(3)B位Zr、Ti替代加入Zr(NO3)3.5H2O和Ti(C4H9O)4，參照純BiFeO3薄膜的制備工藝，在LaNiO3SiO2Si，ITOglass等襯底上制備了BiFe1－xTixO3＋δ薄膜和BiFe1－xZrxO3＋δ薄膜。在LaNiO3Si襯底上制備的600℃退火的BiFe1－xTixO3＋δ薄膜，x＝0時(shí)呈完全的隨機(jī)取向，當(dāng)x＝0.05