镧与锰掺杂铁酸铋铁电薄膜的制备与性能研究

摘要

无铅BiFeO3(BFO)铁电薄膜是在室温下唯一同时具有铁电性和G型反铁磁性的多铁性材料,它属于R3c点群(a=5.36A,a=59.348°),具有扭曲的菱方相钙钛矿结构。BFO薄膜具有较大的剩余极化,较高的居里温度(TC=1103K)和奈尔温度(TN=643K),这使它成为高密度非挥发性铁电随机存储器和其它诸如传感器、微波调制器、红外探测器等应用方面具有潜力的物质。
　　本工作采用化学溶液沉积法(CSD)在 Pt(111)/Ti/SiO2/Si(100)基片上制备了Bi0.9La0.1Fe0.95Mn0.05O3(BLFMO)薄膜,对不同实验参数如前驱溶液、掺杂、退火方式、热处理温度、升温速率等对铁电薄膜的进行了讨论,并对以上薄膜样品进行微结构及铁电性能的测试。
　　通过对BLFMO铁电薄膜测试结果的分析,得到了较好的制备工艺:溶质为硝酸铁和硝酸铋等,溶剂采用乙二醇甲醚、乙二醇及乙酸酐,三者体积比为12:6:1,然后依次匀胶(3500r/min)、热解(420℃、5min)、退火(6℃/s、550℃、10min),重复9次,最后终退(550℃、20min),以促使薄膜完全结晶化,薄膜厚度大约为300nm。
　　测试结果表明:薄膜无杂相、结晶度比较好、具有较大的剩余极化值(21μC/cm2@266kV/cm)和比较大的漏电流(7×10-3A/cm2@6V)。在不同实验条件下,BFO薄膜的铁电性能的比较结果是:La掺杂BFO薄膜优于纯的BFO薄膜;逐层退火(SLA)的薄膜优于一次性退火(CA)的薄膜;热处理温度为420℃的薄膜优于350℃和400℃的薄膜;升温速率为6℃/s的薄膜优于55℃/s的薄膜。
　　为减少薄膜的漏电流并且提高剩余极化,制备了Bi3.4Ce0.6Ti3O12(BCT)薄膜以及BLFMO/BCT复合薄膜。微结构及性能的测试结果表明,BCT铁电薄膜具有(117)和(00l)双择优取向和较好的结晶度,纯相的 BCT铁电薄膜具有较大的剩余极化(13μC/cm2@333kV/cm)和较低的漏电流密度(2.5×10-5A/cm2@6V)。另外BLFMO/BCT复合薄膜具有之前两种样品拥有的所有特征峰,相对于BLFMO有很大的铁电性能的提高(24μC/cm2@333kV/cm),尤其是漏电流的减小(1.8×10-4A/cm2@6V)让它接近了应用的要求。

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第1章 绪论

1.1 铁电存储器

1.2 铁电材料

1.3 BiFeO3及其研究进展

1.4 研究目的及主要内容

第2章 CSD法制备铁酸铋铁电薄膜

2.1 铁电薄膜的制备工艺与表征方法

2.2 CSD法制备BiFeO3铁电薄膜的工艺探索

2.3 本章小结

第3章 热处理对La与Mn共掺杂BiFeO3铁电薄膜性能的影响

3.1 不同温度热处理对铁电薄膜性能的影响

3.2 不同升温速率对铁电薄膜性能的影响

3.3 本章小结

第4章 BCT/BLFMO复合铁电薄膜的性能分析

4.1 Bi3.4Ce0.6Ti3O12薄膜及其性能表征

4.2 BCT/BLFMO复合铁电薄膜的性能表征

4.3 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢