脈沖激光沉積法（PLD）制備鐵酸鉍系薄膜.pdf

1、鐵酸鉍是少數(shù)幾種室溫下同時(shí)具有鐵電、鐵磁的新型的多鐵性材料(Multiferroics)，它是三方扭曲的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，其鐵電居里溫度和磁性相變尼爾溫度分別高達(dá)850℃和370℃，并且能夠發(fā)生電磁耦合而產(chǎn)生磁電效應(yīng)，在信息存儲(chǔ)、衛(wèi)星通訊、磁電傳感器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。近年來，鐵酸鉍薄膜相對于體材料表現(xiàn)出明顯提高的絕緣性能和優(yōu)越的鐵電、鐵磁性能，引起了國際上的廣泛關(guān)注。本論文用脈沖激光鍍膜(PLD)技術(shù)制備了鐵酸鉍、鐵酸鉍鑭和釕酸鍶薄膜

2、等，探討了薄膜的生長工藝和結(jié)構(gòu)、性能表征、研究了鑭元素?fù)诫s和釕酸鍶電極對鐵酸鉍薄膜的介電、鐵電和鐵磁性能的影響。 鐵酸鉍薄膜的結(jié)晶性能隨襯底溫度的升高而增強(qiáng)，但溫度的過高會(huì)加劇BiFeO<,3>薄膜和底電極之間的擴(kuò)散，導(dǎo)致薄膜的介電和鐵電性能下降。當(dāng)襯底溫度為450℃時(shí)，薄膜具有較小的漏電流密度，表現(xiàn)出較好的介電和鐵電性能。在一定的沉積溫度下，隨著沉積氧壓的增大，鐵酸鉍薄膜的介電性能提高，漏電流密度下降，但氧壓過高又會(huì)導(dǎo)致薄膜鐵

3、電性能的下降。當(dāng)沉積氧壓為5 mTorr時(shí)，BiFeO<,3>薄膜具有較為飽和的電滯回線和較高的剩余極化。La元素含量為20％的鐵酸鉍鑭薄膜具有(010)擇優(yōu)取向，室溫下的自發(fā)磁化強(qiáng)度和飽和磁化強(qiáng)度分別為51.2 emu.cm<'-3>和168 emu/cm<'3>，分別是鐵酸鉍薄膜的7和2.5倍。La離子的引入提高了鐵酸鉍薄膜的結(jié)晶性能，抑制了Fe<'3+>→Fe<'2+>離子的轉(zhuǎn)變，減少了氧空位，薄膜的絕緣性能、鐵電和鐵磁性能也明顯

4、提高。在Pt-Si上制備的SrRuO<,3>薄膜的電阻率隨著襯底溫度的升高和生長時(shí)間的延長而下降。襯底溫度為720℃時(shí)制備的230 nm厚的釕酸鍶薄膜具有單相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，電阻率為1.227×10<'-4>Ω·cm。鐵酸鉍薄膜生長在SrRuO<,3>/Pt多層電極上具有(110)擇優(yōu)取向，薄膜的介電和鐵電性能也有所提高。具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的SrRuO<,3>氧化物電極的引入，改善了BiFeO<,3>薄膜和底電極的界面狀況，減少了界面處的氧空位