氧化物复合异质结的制备及磁电耦合效应研究

摘要

磁电耦合效应在能量转换、传感信号和监测磁（电）场方面有巨大应用前景，由于同时具备铁磁性和铁电性，多铁材料可以用于多态存储器的制备，从而提高了信息的存储率节省存储空间，然而，单相多铁性材料在室温下的磁电耦合效应难以实现，研究者提出了磁电复合薄膜材料（简称2-2型异质结薄膜），2-2结构的优点在于它一致有序的交界面，但是于衬底钳制作用限制了铁电薄膜的应变，导致磁电耦合效应微弱。针对2-2结构的缺点提出了一种消除衬底限制的方法，通过此方法可以得到高质量可转移的准二维异质结薄膜，与传统的薄膜相比，这些准二维纳米薄膜消除刚性衬底的约束，薄膜的压电特性与磁电耦合效应都得到了提高。
　　本研究主要内容包括：⑴利用PLD在STO衬底上优化了BaTiO3/ CoFe2O4/MgO薄膜的制备工艺。对每一层薄膜的生长参数进行了优化，通过实验发现MgO与CFO薄膜的生长条件基本一致，所需激光能量密度较高，MgO与CFO的粗糙度（RMS）分别为0.21nm与0.19nm。BTO薄膜的生长较为容易所需能量较低，背景真空也相对低一些，粗糙度（RMS）为0.31nm。⑵对纳米级厚度的薄膜转移工艺进行了优化，通过溶液腐蚀的方法得到了可转移的BTO-CFO异质结薄膜。提出三种不同的转移方法：Au保护转移、聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）保护转移和聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl Methacrylate，PMMA）保护转移，利用PMMA，10％的(NH4)2SO4溶液在80?C条件下腐蚀，最终得到了5×5mm完整的可转移BTO-CFO异质结薄膜，将其转移到了硅与云母上，转移后的薄膜保持了原样品的结晶质量。⑶关于薄膜特性的研究，首先分别测试了BTO与CFO的铁电性与铁磁性；通过测试发现柔性弯曲BTO-CFO异质结薄膜的压电特性要优于未弯曲薄膜；同时对转移薄膜的阻变进行了研究，这可用于多态存储器；而且将BTO薄膜转移到HEMT栅上使其阈值电压正漂0.5V；并且基于磁电耦合效应制备了弱磁信号探测器，在磁场的作用下器件导通电流出现3个量级的变化，说明磁场探测灵敏。

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缩略语对照表

第一章 磁电复合材料的研究进展

1.1 多铁性与磁电耦合效应

1.2 磁电材料复合方式

1.3 多铁性研究进展

1.4 磁电耦合效应的应用前景

1.5 本文研究的主要内容

第二章 脉冲激光沉积系统及测试设备介绍

2.1 脉冲激光沉积系统（PLD）介绍

2.2 薄膜表征及测试设备

2.3 本章小结

第三章 BaTiO3-CoFe2O4异质结薄膜的生长与表征

3.1 实验流程

3.2 PLD生长薄膜的简易流程

3.3 薄膜质量优化

3.4本章小结

第四章 BaTiO3-CoFe2O4薄膜的转移

4.1 自支撑单层薄膜的制备

4.2 BaTiO3-CoFe2O4薄膜的转移

4.3 本章小结

第五章 BaTiO3-CoFe2O4的磁电耦合特性研究

5.1 单层薄膜的性质

5.2 弯曲应力对BaTiO3-CoFe2O4压电特性的影响

5.3 转移薄膜的阻变研究

5.4 基于磁电耦合效应的磁探测

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1论文总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

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