溶胶-凝胶法制备Si基PZT/LSMO/LNO复合薄膜及磁电性能研究

摘要

磁电复合材料具有铁电性、铁磁性，且会产生磁电耦合效应，这些独特的性能使其在换能器、传感器及存储器等领域存在巨大的应用前景，其中Pb(Zr0.52,Ti0.48)O3/La0.67Sr0.33MnO3（PZT/LSMO）复合薄膜是性能较为优异的一类磁电复合材料。本论文采用溶胶-凝胶法，通过逐层浸渍提拉和热处理工艺，在单晶Si上制备了取向生长的LaNiO3/Si（LNO/Si）薄膜，取代价格昂贵的LaAlO3和SrTiO3等单晶基底，并以LNO/Si薄膜为缓冲层和底电极成功制备出了PZT/LSMO/LNO/Si磁电复合薄膜。具体研究内容及结论如下：
　　（1）在Si（001）上制备了结晶良好及高度取向的LNO薄膜。结果表明，在150℃进行10 min预处理，在700℃终处理，当薄膜厚度为350nm时，在700℃进行渗氧得到的LNO/Si薄膜具有高度的（00l）取向，其c轴取向度为98.9％，电阻率为2.64×10-3Ω·cm。
　　（2）在LNO/Si上制备了（00l）取向生长的LSMO薄膜，铁磁性测试结果表明，50 K时，（00l）取向生长的LSMO/LNO/Si薄膜的饱和磁化强度为682.1 emu/cm3，与随机取向生长的LSMO/Si薄膜相比提高了29.6％，且随温度的升高饱和磁化强度逐渐降低。
　　（3）在LSMO/LNO/Si薄膜的基础上，制备了（00l）取向生长的多晶PZT/LSMO/LNO/Si复合薄膜。铁磁性与铁电性测试结果表明，50 K时PZT/LSMO/LNO/Si复合薄膜的饱和磁化强度为700 emu/cm3，相比于LSMO/LNO/Si复合薄膜提高了9.2%；PZT/LSMO/LNO/Si复合薄膜具有较高的剩余极化强度（30μC/cm2）和较小的漏电流密度数量级（10-6 A/cm2），性能优于PZT/LNO/Si铁电薄膜，且当PZT膜厚为290 nm时，PZT/LSMO/LNO/Si复合薄膜具有更好的铁电性能。

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1 引言

1.1 研究背景

1.2 LSMO和PZT材料

1.3 LNO材料

1.4 薄膜生长

1.5 薄膜的制备方法

1.6 选题意义及主要内容

2 研究方案及实验条件

2.1 研究思路及方案

2.2 实验原料及试剂

2.3 薄膜的制备仪器

2.4 薄膜的检测设备

3 Si基LNO薄膜的制备及性能分析

3.1 LNO溶胶的配制

3.2 LNO薄膜的制备

3.3 LNO/Si薄膜的XRD分析

3.4 LNO/Si薄膜的XPS分析

3.5 LNO/Si薄膜的导电性能分析

3.6 LNO/Si薄膜的微观形貌分析

3.7 小结

4 Si基LSMO/LNO复合薄膜的制备及性能分析

4.1 LSMO溶胶的配制

4.2 LSMO/Si薄膜的制备及磁性能分析

4.3 LSMO/LNO/Si复合薄膜的制备及性能分析

4.4 小结

5 Si基PZT/LSMO/LNO复合薄膜的制备及性能分析

5.1 PZT溶胶的配制

5.2 PZT/LNO/Si复合薄膜的制备及性能分析

5.3 PZT/LSMO/LNO/Si复合薄膜的制备及结构表征

5.4 PZT/LSMO/LNO/Si复合薄膜的性能分析

5.5 小结

6 结论

致谢

参考文献