BiFeO3-Sr1-xLaxFe12-yCoyO19鐵電-鐵磁復(fù)合薄膜的制備、微結(jié)構(gòu)與磁電性能研究.pdf

1、本文采用傳統(tǒng)固相燒結(jié)法研究了BiFeO3（BFO）與Sr1-xLaxFe12-yCoyO19(x、y=0~0.3)靶材的制備工藝。使用 FJL560B4型射頻磁控濺射設(shè)備分別制備了 BFO和Sr1-xLaxFe12-yCoyO19單層膜以及BiFeO3-Sr1-xLaxFe12-yCoyO19的疊層式復(fù)合薄膜。利用X射線衍射、掃描電子顯微鏡研究了靶材與薄膜的結(jié)構(gòu)和顯微組織；利用震動樣品磁強計、鐵電測試儀、I-V曲線測試儀、磁電耦合測試儀

2、研究了單層膜與復(fù)合膜的磁性能、電性能以及磁電耦合性能的變化。并討論了La/ Co摻雜對薄膜微結(jié)構(gòu)與磁電性能的影響。主要結(jié)論如下：
　　X射線衍射分析結(jié)果表明：靶材的制備中，在Bi過量點為4 at.％，燒結(jié)條件為850℃燒結(jié)20min可以得到單一的BFO相組成的靶材；在燒結(jié)條件為1250℃燒結(jié)2h，可以得到單一的SrFe12O19(SFO)相組成的靶材，且當(dāng)燒結(jié)溫度超過1290℃時，會出現(xiàn)晶粒擇優(yōu)取向的現(xiàn)象；對于La摻雜SFO靶材，

3、隨著摻雜量的增加XRD衍射峰會整體向高角度偏移；對于Co摻雜SFO靶材，當(dāng)Co含量超過30 at.%時會形成Sr2CoFeO5雜相；薄膜的制備中，在濺射條件為濺射氣壓1.5Pa、氧氬比30：10、濺射功率80-120W、濺射時間大于等于1h，并在空氣中550℃退火20-30min時可以得到單一的BFO相組成的薄膜；在濺射條件為濺射氣壓1.0Pa、氧氬比2.5：100、濺射功率100-120W、濺射時間大于等于1h，并在空氣中850℃退火

4、1-2h時可以得到單一的SFO相組成的靶材。
　　掃描電子顯微分析結(jié)果表明：在摻La的SFO薄膜中，隨著摻雜量的增加，晶粒變得細(xì)小，晶粒形態(tài)先從粗大條狀變成色澤暗淡的小尺寸塊狀，然后小尺寸塊狀進一步團聚成大尺寸塊狀晶粒；在摻Co的SFO薄膜中隨著摻雜量的增加，晶粒由長條狀變成針狀組織，然后晶粒細(xì)化，針狀組織逐漸消失，并逐漸恢復(fù)至呈條狀，最后晶粒進一步細(xì)化，變得小而圓潤；La、Co共摻的SFO薄膜中同時含有Co含量較多的細(xì)長組織和L

5、a含量較多的混沌狀區(qū)域，La、Co的引入會改變SFO的生長條件，導(dǎo)致了晶粒形貌的變化和晶粒擇優(yōu)生長。
　　磁性能測試分析表明：BFO單層膜在室溫下的磁滯回線表現(xiàn)出反鐵磁性且在低磁場中呈弱的鐵磁性，其矯頑力約為84Oe；純SFO單層膜為亞鐵磁性，室溫下矯頑力為4444Oe；La摻雜SFO單層膜時矯頑力總體呈減小態(tài)勢，最小矯頑力只有2799Oe；Co摻雜SFO單層膜時磁性能總體呈減小趨勢，剩磁比最大為0.7；La、Co共同摻雜SFO單

6、層膜在摻入量為30 at.%時矯頑力比未摻雜時增加了39%，而此時剩磁比僅有50emu/cm3；SFO/BFO復(fù)合薄膜的矯頑力為4203Oe，剩磁比為0.53；摻La的SLFO/BFO復(fù)合薄膜中隨著摻入量的增加，矯頑力、剩磁比與剩余磁化強度均遞減，摻入量為30 at.%時磁性能最差；摻Co的SFCO/BFO復(fù)合薄膜中隨著摻入量的增加，磁性能先減小后增加再減小，剩余磁化強度在摻入量為20 at.%時為最大的78emu/cm3；La、Co共

7、摻的 SLFCO/BFO復(fù)合薄膜中，隨摻雜量的增加磁性能先增加后減小，摻入量為20 at.%時矯頑力增量為最高的27%，摻入量為30 at.%時矯頑力減小了15%，而剩余磁化強度表現(xiàn)為一直遞減的趨勢。
　　電性能測試分析結(jié)果表明：La摻雜的 SLFO/BFO復(fù)合薄膜與 Co摻雜的SFCO/BFO復(fù)合薄膜漏電流機制均屬于歐姆機制。La或者Co單摻雜對復(fù)合薄膜的漏電流的變化浮動均在1個數(shù)量級左右；La、Co共摻的SLFCO/BFO復(fù)合

8、薄膜的漏電流水平浮動在兩個數(shù)量級以內(nèi)；BFO在室溫下可測得良好形狀的電滯回線，測量頻率在1kHz下2Pr為0.85μC/cm2，矯頑場為18kV/cm。測量頻率在2kHz下2Pr為0.7μC/cm2，矯頑場為10.5kV/cm。
　　磁電耦合性能測試分析結(jié)果表明：在固定的外加偏置磁場210Oe下測試1~183kHz頻率范圍內(nèi)的磁電耦合系數(shù)變化中并未發(fā)現(xiàn)諧振現(xiàn)象，隨著測試頻率的增加磁電耦合系數(shù)總體呈遞增趨勢；所有成分點的復(fù)合薄膜的磁