铁酸铋基复合薄膜制备及性能地研究

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1、西安理工大学博士学位论文ii万方数据摘要论文题目：铁酸铋基复合薄膜的制备及性能研究学科名称：材料科学与工程研究生：严富学签名：指导教师：赵高扬教授签名：摘要铁酸铋（BiFeO3）是目前发现在室温下同时具有铁电有序和G型反铁磁有序特性的单相多铁性材料，可用于信息存储、自旋电子器件及传感器等领域。因此制备高质量、高性能的BiFeO3对其在微电子器件领域的应用具有重要的意义。然而，目前在制备和测试过程中发现尚存在一些问题，如易形成杂相、漏电流较大且磁性较弱以致难以观测到磁电耦合等。本文针对上述问题展开如下研究：1）通过掺杂改性和工艺控制，抑制杂相的

2、产生，提高BiFeO3的磁电性能；2）通过控制薄膜的取向生长，提高其磁电性能；3）通过与铁磁性材料复合，提高其磁化强度。最后，本文还研究了这类薄膜的微细加工性。主要结论如下：3+3+适量A位La掺杂或B位Mn均能抑制BiFeO3薄膜中杂相的产生、降低薄膜的漏电流3+3+密度、提高薄膜的饱和磁化强度和剩余极化强度，但其作用有限。而La、Mn共掺杂则可显著降低BiFeO3薄膜的漏电流密度，同时增强薄膜的饱和磁化强度和剩余极化强度；对Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.05O3薄膜研究可知，温度对其磁电性能具有显著的影响，当温度在50K~3

3、00K范围内，随着温度的升高，饱和磁化强度逐渐减小，但剩余极化强度却大幅增加，在175K左右时显示出最佳的磁电耦合效应。采用LaAlO3单晶作为基板，可实现薄膜的外延生长，制备出具有取向性的Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.05O3薄膜，且取向性薄膜的剩余极化强度和饱和磁化强度均高于随机取向的薄膜。其中以La0.67Sr0.33MnO3为底电极时的Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.05O3外延薄膜的剩余极化强度、饱和磁化强度及磁电效应均高于在LaNiO3底电极上制备的Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.05O3外延

4、薄膜。为提高薄膜的磁电性能，分别采用Ni-Zn铁氧体和Co-Zn铁氧体为磁性相制备了0-3颗粒混合型和2-2叠层型的Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.05O3/铁氧体复合薄膜，结果表明：0-3型复合薄膜的饱和磁化强度远高于多晶Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.05O3薄膜，但剩余极化强度低于多晶Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.05O3薄膜。2-2型双层结构复合薄膜的磁电耦合效应高于单相薄膜，且在基板上首先沉积Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.05O3薄膜得到的双层复合薄膜的磁电耦合效应优于首先沉积铁氧

5、体得到的复合薄膜。iii万方数据西安理工大学博士学位论文为了获得多铁性薄膜的微细图形，论文最后还研究了对其微细加工的新方法，即感光溶胶-凝胶法。通过在Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.05O3溶胶中加入化学修饰剂，可赋予Bi0.85La0.15Fe0.95Mn0.05O3凝胶薄膜感光特性，利用薄膜自身感光性能可以制备出微细图形。关键词：多铁性；BiFeO3薄膜；掺杂；外延生长；微细加工iv万方数据AbstractTitle:PREPARATIONANDPROPERTIESINVESTIGATIONOFFERRITEBISMUTHBA

6、SEDCOMPOSITEFILMSMajor:MaterialsScienceandEngineeringCandidate:FuxueYANSignature:Supervisor:Prof.GaoyangZHAOSignature:AbstractBiFeO3wasconsideredtohavegoodpotentialapplicationsinthefieldofmemorydevices,spintronics,sensorsandsoon,duetoitsferroelectricorderandG-typeanti-ferro

7、magneticorderatroomtemperature.Toachievetheactualapplications,thepreparationofBiFeO3withhighqualityandgoodpropertieswasthekeypoint.Uptonow,therewerestillsomeproblemsneededtoberesolvedforBiFeO3bulkorfilm,suchastheeasyformationofimpuritiesduringthepreparationprocess,itshighle

8、akagecurrentandweakferromagnetism,etc.Thethesisaimedtoresolvetheabovementionedques