紫外光輻照精細鐵酸鉍薄膜的制備及其圖案化研究.pdf

1、鐵磁電材料由于同時具有鐵磁性和鐵電性已被廣泛作為一個磁電耦合參數秩序很有前途的材料。這些材料在自旋電子和信息存儲應用方面具有很大的潛力。BiFeO3(BFO)是重要的鐵磁電材料之一，它同時表現(xiàn)出鐵電有序(居里溫度為1103K)和反鐵磁有序(尼爾溫度為643K)。由于這種磁電耦合性質，BFO的系統(tǒng)可用于發(fā)展廣播、電視、微波和衛(wèi)星通信、泡沫存儲設備、音頻、視頻、數字錄音等領域的新應用程序。
　　 本文研究內容與結果摘要如下：

2、　　 1.研究了一種在低溫水溶液中制備BiFeO3薄膜材料的新合成方法。將自組裝單分子薄膜技術(Self-AssembledMonolayers，SAMs)與液相沉積技術(Liquid PhaseDeposition,LPD)相結合，利用功能化的單分子薄膜對BiFeO3前驅體溶液的誘導作用，在基底表面制備出結構均一的與基地結合牢固的BiFeO3薄膜及其圖案化。該法只需在適當的溶液中浸入基片，在基片上便會沉積出致密均勻的薄膜。成膜過程操

3、作簡單，而且不需要昂貴的儀器。
　　 本研究在水的沸點以下，將基片浸漬在含有鉍鐵絡合物離子的前驅液中，在基片上沉積出含有鉍鐵的絡合物薄膜，然后再經過高溫退火，獲得具有純相的BiFeO3薄膜。我們系統(tǒng)討論了前驅液的配比，通過實驗，確定了以Fe(NO3)3·9H2O，Bi(NO3)3·5H2O為前驅物原料，以稀醋酸為溶劑，以檸檬酸為絡合劑，Bi3+，F(xiàn)e3+和檸檬酸的摩爾比為1：1:1，配制的BiFeO3溶液均勻且穩(wěn)定性好。利用X射

4、線衍射儀、掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)等測試手段對所制備BiFeO3薄膜的結構、相組成和表面形貌進行了分析考察，研究結果表明：在前驅液濃度為0.01mol●L-1,pH=1.4～1.6，沉積溫度為65℃，退火溫度在550℃的最佳工藝條件下，可以得到結晶良好的具有鈣鈦礦型晶體結構的BiFeO3薄膜，且膜層表面結構致密均一，與基底結合牢固；實驗結果證明了功能性SAMs對于BiFeO3粒子在其表面沉積能起到明顯的誘導作用，能夠誘

5、導BiFeO3前驅體在基底表面均勻地成核和生長，進而形成一層與基底結合緊密、結構致密的膜層。
　　 根據上述實驗條件進一步對BiFeO3薄膜進行圖案化制備。將OTS-SAMs基體在光掩膜覆蓋下用紫外光進行刻蝕，得到含有親水性和疏水性區(qū)域的模板，利用液相沉積法在OTS-SAMs模板表面制備了BiFeO3圖案化薄膜。通過接觸角儀、原子力顯微鏡、X射線衍射、掃描電鏡、X射線能譜儀等測試手段對OTS膜和BiFeO3薄膜進行表征，結果表明

6、：以OTS為模板利用液相沉積法制備出邊緣輪廓清晰、粗糙度較小，與基板結合力較強，條紋寬度為10～20μm的BiFeO3圖案化薄膜。
　　 2.研究了化學液相法制備BiFeO3薄膜的制備工藝，采用提拉法涂膜并研究了功能化的SAMs表面對于BiFeO3的影響及退火溫度對鐵酸鉍薄膜的相組成和微觀形貌的影響。X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)和X射線能譜儀(EDS)結果表明，在SAMs功能化的玻璃基底上所