溶膠凝膠法制備BiFeO3薄膜及其自極化行為.pdf

1、制備態(tài)鐵電薄膜中的電疇在無外加電場情況下是隨機分布的。當施加外電場時，薄膜發(fā)生極化，電疇趨向定向排列。施加電場時薄膜必須有電極，而對一些鐵電體器件來講，電極是不允許在器件中存在的。另一方面，有些鐵電體的電阻很小，室溫下的矯頑場很大，又存在漏電流現(xiàn)象，因此無法通過外加電場使鐵電體極化。所以制備具有自極化特性的鐵電薄膜十分重要，得到了研究者的重視。自極化行為指的是不需要任何外界的激勵和電極而自發(fā)形成的鐵電體極化。自極化鐵電薄膜中的自建電場可

2、以分離光生載流子，因而在光催化及光伏器件中有重要應用。BiFeO3在室溫下同時具有鐵電性和反鐵磁性，也是唯一的一種室溫多鐵性材料并具有較小的帶隙。本文選擇BiFeO3薄膜作為研究體系，探討施主-受主共摻雜對BiFeO3薄膜組織結構及自極化行為的影響。
　　采用溶膠凝膠法制備了純BiFeO3薄膜以及Li+-Nb5+離子共摻雜的(Li0.5Nb0.5)xBi1-xFeO3薄膜，研究了制備工藝參數(shù)對薄膜組織結構、形貌、電學性能以及自極化

3、行為的影響規(guī)律，利用I-V曲線測量和壓電力顯微鏡觀察分析了(Li0.5Nb0.5)xBi1-xFeO3薄膜的自極化行為。
　　系統(tǒng)分析了溶膠凝膠法工藝參數(shù)對薄膜性能的影響規(guī)律，確定了具體工藝：Bi的過量程度為5mol％、溶劑乙二醇甲醚和乙酸以3:10的比例溶解Bi(NO3)3·5H2O，乙二醇甲醚單獨溶解Fe(NO3)3·9H2O。發(fā)現(xiàn)加入穩(wěn)定劑后可顯著提高薄膜的質量和性能。發(fā)現(xiàn)LaNiO3種子層可以導致薄膜明顯的(010)取向，

4、更小的表面粗糙度，更低的介電損耗和更明顯的單向導通現(xiàn)象，最終確定LaNiO3層為種子層，對應的退火溫度為650℃。
　　發(fā)現(xiàn)在Li+-Nb5+離子摻雜的BiFeO3薄膜中，Li+-Nb5+離子和缺陷偶極子在應力的作用下?lián)駜?yōu)取向，產生局部電場。BiFeO3薄膜生長過程中在Li+-Nb5+離子形成的電場中發(fā)生極化，產生自極化行為。當x=5%時(Li0.5Nb0.5)xBi1-xFeO3薄膜具有更穩(wěn)定的自極化行為和強的自建電場。合適的摻