Pt基BiFeO3鐵電磁薄膜的脈沖激光沉積及Tb摻雜改性研究.pdf

1、鐵酸鉍(BiFeO3)作為室溫下兼具鐵電和鐵磁性能的多鐵性材料，在磁電耦合器件、傳感器、自旋電子器件、信息存儲(chǔ)器件、電容-電感一體化器件等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。針對(duì)現(xiàn)有Pt基BiFeO3薄膜的研究較少及其鐵電和鐵磁性能不夠理想等問(wèn)題，本論文采用脈沖激光沉積技術(shù)，在Pt(111)/Ti/SiO2/Si基片上制備BiFeO3鐵電磁薄膜，重點(diǎn)研究了沉積工藝參數(shù)（激光能量密度、基片溫度、氧氣分壓）對(duì)薄膜晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌和鐵電性能的影響，并在

2、此基礎(chǔ)上通過(guò)Tb元素?fù)诫s改善了其鐵磁性能。
　　首先，通過(guò)調(diào)整激光能量密度和基片溫度控制BiFeO3薄膜的物相組成和結(jié)晶取向，研究了這些工藝參數(shù)對(duì)薄膜生長(zhǎng)的共同作用。結(jié)果表明，隨著激光能量密度的增加，為獲得純相BiFeO3薄膜的基片溫度必須要相應(yīng)提高，即二者需相互協(xié)調(diào)。分別在1 J/cm2-893 K、2 J/cm2-943 K和3 J/cm2-963 K條件下制備出物相單一、具有扭曲三角鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的BiFeO3薄膜，而且較高的能

3、量密度和基片溫度有利于BiFeO3薄膜的(111)擇優(yōu)取向生長(zhǎng)及其表面形貌的改善。
　　其次，分別研究了氧氣分壓(PO2)和基片溫度（Tsub）對(duì)BiFeO3薄膜物相、結(jié)構(gòu)和性能的影響。研究表明，在較低的氧氣分壓下，BiFeO3薄膜具有四方或立方結(jié)構(gòu)，而在高氧壓時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榕で氢}鈦礦結(jié)構(gòu)，并且薄膜中Fe2+的含量隨氧氣分壓的增加而降低。在適宜的氧氣分壓(PO2=10 Pa)下，BiFeO3薄膜具有最大的(111)擇優(yōu)取向度，其剩余

4、極化值達(dá)34μC/cm2。隨著基片溫度的升高，BiFeO3薄膜的晶粒逐漸長(zhǎng)大，晶粒間結(jié)合更緊密，在Tsub=893 K時(shí)具有較大的(111)擇優(yōu)取向度和良好的鐵電性能，最大剩余極化值達(dá)108μC/cm2。
　　最后，對(duì)BiFeO3薄膜進(jìn)行Tb摻雜改性，研究了Tb摻雜量對(duì)其物相、結(jié)構(gòu)及鐵磁性能的影響。摻雜Tb后，Bi1-xTbxFeO3薄膜均為單一的BiFeO3相，其晶格常數(shù)逐漸變小，并發(fā)生由四方或立方結(jié)構(gòu)向扭曲三角鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變