Bi1-xErxFe1-y-zMnyCozO3-Co1-αMnαFe2O4復(fù)合薄膜的制備及多鐵性能研究.pdf

1、BiFeO3(BFO)作為典型的在室溫下具有多鐵性能的材料，具有高的居里溫度(TC=1103 K)和尼爾溫度(TN=645 K)，受到了廣泛的關(guān)注。然而，其大的漏導(dǎo)電流與弱的鐵磁性能嚴(yán)重地阻礙了其在實(shí)際中的應(yīng)用。雖然摻雜改性和復(fù)合磁性材料層在一定程度上提高了BFO材料的性能，然而摻雜所提高的鐵磁性能微弱，復(fù)合磁性相材料層會(huì)對復(fù)合薄膜的鐵電性能的破壞，這都使BFO材料的多鐵性能沒有得到大的改變。因此，本課題將摻雜與復(fù)合磁性相這兩種方法結(jié)合

2、起來研究其對BFO薄膜的結(jié)構(gòu)和多鐵性能的影響。本文采用溶膠凝膠法成功地在FTO/glass基板上制備了 Bi1-xErxFeO3(BExFO)薄膜，Bi0.9Er0.1Fe1-zCozO3(BEFCzO)薄膜，Bi1-xErxFe0.96Mn0.02Co0.02O3(BExFMCO)以及 Bi0.9Er0.1Fe0.98Co0.02O3-Co1-αMnαFe2O4(BEFCO-CMαFO)和Bi0.9Er0.1Fe0.96Co0.02M

3、n0.02O3-Co1-αMnαFe2O4(BEFMCO-CMαFO)復(fù)合薄膜。研究了不同摻雜以及不同結(jié)構(gòu)的鐵磁層對于BFO薄膜的結(jié)構(gòu)、介電、漏導(dǎo)、離子價(jià)態(tài)、鐵電以及鐵磁等性能的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴BExFO3薄膜的結(jié)構(gòu)由BFO薄膜的典型菱方鈣鈦礦R3c:H結(jié)構(gòu)變?yōu)榱夥絉3c:H與R3m:R兩相共存的結(jié)構(gòu)，且薄膜中存在著豐富的 Fe2+和大量的氧空位；薄膜的漏導(dǎo)電流隨著Er3+離子的摻入而增大，但BExFO3薄膜中有

4、鐵電轉(zhuǎn)換存在，其中BE0.09FO薄膜鐵電翻轉(zhuǎn)電流為1.42×10-2 A，飽和磁化強(qiáng)度為Ms為2.60 emu/cm3。⑵BEFCzO薄膜的結(jié)構(gòu)隨著Co2+的摻入，由BE0.10FO的菱方R3c:H與R3m:R空間群轉(zhuǎn)變?yōu)榱夥胶腿毕喙泊娴慕Y(jié)構(gòu)，且在 BEFeC0.02O薄膜中出現(xiàn)了菱方/三斜相的準(zhǔn)同型相界；相比于 BEFO薄膜，BEFCzO薄膜中的氧空位濃度有所降低，其漏導(dǎo)電流也降低了近3個(gè)數(shù)量級(jí)；BEFCzO薄膜的多鐵性能得到了提

5、高，其中，BEFC0.02O薄膜的Ms為17.08 emu/cm3，Mr為6.35emu/cm3，剩余極化值為Pr為80.77μC/cm2。⑶BExFMCO薄膜的結(jié)構(gòu)由典型的菱方鈣鈦礦R3c:H結(jié)構(gòu)變?yōu)槿絇1，再變?yōu)檎坏腜bmn兩相共存的結(jié)構(gòu)；BExFMCO薄膜中Fe2+的含量有所降低，且在BE0.1FMCO薄膜中的Fe2+/Fe3+接近1:1，這使薄膜中存在較強(qiáng)的超交換作用，有利于薄膜磁性能的提高；BE0.1FMCO薄膜具有優(yōu)異的

6、多鐵性能，其剩余極化值Pr為79.72μC/cm2，飽和磁化強(qiáng)度與剩余磁化強(qiáng)度分別為Ms為9.78 emu/cm3，Mr為2.1emu/cm3。⑷復(fù)合薄膜BEFMCO/CMαFO和BEFCO/CMαFO呈現(xiàn)出優(yōu)異的多鐵性能。BEFMCO/CM0.3FO薄膜的Pr為157.8μC/cm2， Ec為497 kV/cm，Ms為51.47emu/cm3，Mr為23.53emu/cm3，且該薄膜具有良好的可讀寫性能和鐵電翻轉(zhuǎn)特性。BEFCO/CM

7、0.3FO薄膜的 Ms為74.9emu/cm3，Mr為34.1emu/cm3，Pr為156.3μC/cm2， Ec為410 kV/cm。復(fù)合薄膜中鐵電性能的變化主要來源于底層 Mn2+摻雜使得CMαFO層的結(jié)構(gòu)由立方 Fd-3m:2向三方R-3m:H發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變誘導(dǎo)了BEFMCO或 BEFCO層中的三斜-P1向三方-R3c:H轉(zhuǎn)變，三斜P1結(jié)構(gòu)含量的改變和兩相共存有利于復(fù)合薄膜鐵電性能的提高，磁電性變化主要主要來源于CMαFO層磁性能。