29927.nd,co共摻雜制備bifeo3薄膜及多鐵性研究

1、瞎壓斜技大學論文題目：NdCo共摻雜制備BiFe03薄膜及多鐵性研究學科門類：工學一級學科：材料科學與工程培養(yǎng)單位：材料科學與工程學院碩士生：薛旭導師：談國強教授2014年5月Nd，Co共摻雜制備BiFe03薄膜及多鐵性研究摘要在過去的幾十年里，由于自發(fā)極化可達～100／tC／cm2，鐵電性和反鐵磁性在室溫下的共存以及遠高于室溫的鐵電相變溫度和反鐵磁奈爾溫度，BiFe03(BFO)在多鐵材料研究領域占有很高的地位。尤其，BFO擁有的大剩

2、余極化強度、壓電系數(shù)和磁電耦合效應使其可以被應用于非易失的隨機儲存器和微電子機械系統(tǒng)中。BFO的鐵電性起源于Bi離子6s2孤對電子而磁性測歸因于半滿的Fe離子d軌道。另外，BFO擁有傾斜的G型反鐵磁結構并伴隨～62nm的旋轉周期。本課題采用溶膠凝膠法在FTO基板上制備了不同溶劑比的BiFe03薄膜、BilxNdxFe03(BNFO，x=006～O20)薄膜、Bio85Ndo15Fel_xCox03(BNFCO，x=0～004)薄膜和Bi

3、l_xNdxFeo97Coo0303(BNFCO，x=006～O15)薄膜。研究了薄膜的微觀結構、化學態(tài)、漏電機制、介電、鐵電和鐵磁性能。主要結論如下：(1)前驅(qū)液中醋酸酐的比例對BiFe03薄膜的微觀結構、介電和鐵電性能均有較大的影響。當前驅(qū)液中醋酸酐的比例增加時，XRD分析和Raman光譜顯示出薄膜從三方結構轉變?yōu)樗姆浇Y構，薄膜變‘軟’。當前驅(qū)液中醋酸酐的比例為25％時，觀測到了最大的剩余極化，即149gC／cm2。(2)研究了稀土

4、Nd摻雜對BilxNdxFe03(BNFO，x=006020)薄膜的微觀結構、化學態(tài)、介電、鐵電和鐵磁性能的影響。當Nd離子含量增加時，XRD分析和Raman光譜表明薄膜發(fā)生相變。XPS分析鑒定出BNFO薄膜存在Fe和Bi離子變價。通過15％Nd離子摻雜得到了最強的鐵電極化。在BNFO(x=020)薄膜中觀測到了鐵電性能的大幅退化和鐵磁性能的迅速增強，這源自薄膜的順電性和正交結構。BNFO薄膜的禁帶寬度隨Nd離子含量的增加逐漸降低，可表

5、示為最=(245—0024x)eV。(3)研究了C02離子摻雜對Bio85Ndo15Fe03(BNFO)薄膜的結構、Fe離子變價、漏電流、介電和鐵電性能的影響。XPS分析顯示BNFCO薄膜中的Fe2濃度比BNFO薄膜低，并證實了C02離子摻雜可以限制Fe2離子和氧空位的形成。BNFCO(x=001)薄膜的漏電流密度與BNFO薄膜相比降低了3個數(shù)量級。當電場強度小于180kV／cm時，BNFCO(x=004)薄膜受空間電荷限制電導(SCL