锆等元素掺杂铁酸铋薄膜的制备和性能研究

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1、山东建筑大学硕士学位论文题目锆等元素掺杂铁酸铋薄膜的制备和性能研究国家自然科学基金资助项目(No．50872075)计：学位论文64页表格4个插图32幅评阅人：指导教师：学院院长：学位论文完成日期：原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得山东建筑大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体．均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。学位论文作者签名：至垦日期2翌丝丝亟．

2、／石学位论文使用授权声明本学位论文作者完全了解山东建筑大学有关保留、使用学位论文的规定。即：山东建筑大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阌。本人授权山东建筑大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它手段保存、汇编学位论文。保密论文在解密后遵守此声明。学位论文作者签名：导师签名：鲰迦缝毛iI16。觏醴：圣17．6山东建筑大学硕士学位论文摘要现代社会中的很多应用器件都要用到铁电薄膜，在这其中应用最多的是PZT家族的材料，但是PZT材料中含有的部分铅材料对人体是有害的

3、，随着社会的和谐发展，材料应用方面对环境保护的要求越来越高，所以研发一种性能方面能够取代PZT材料而且对人体无危害的铁电材料是非常的重要的。这就要求该种新材料，不仅能够在性能上与PZT材料相差不大，还要求在满足实际用的基础之上，能够绿色环保的材料，因此这几点对材料的研发提出了比较高的要求。多铁材料的许多优点已经被研究人员所证实，它本身具有磁性，并且在一定温度范围内的时候，磁性和铁电性会一起存在于多铁材料中，使得多铁材料能够产生磁电效应以及耦合效应。所以，基于这些特性，多铁性材料一直是材料界的研究重点。同时，多铁性材料本身特性多的特点也满足初步具

4、备向多功能器件发展的条件。作为多铁性材料的其中一类，BiFe03的铁电居里温度是850℃，它的反铁磁尼尔温度是370℃，这就导致它在室温下就能够体现出铁电性和相对比较微弱的反铁磁性，研究人员从理论和实验的角度也发现，在各项性能方面，BiFe03具有取代PZT材料应用到实际器件中的可能性，同时，BiFe03本身也不含对人体有危害的铅元素，综合实际应用和环境保护这两点的考虑，又加上新材料的发现和应用往往会革新整个材料界某些方面使用；所以这样说来，BiFeO，成为研发实际应用新材料的热点。纵观这些年来材料界关于对BiFe03的研究，我们发现虽然材料界

5、关于BiFe03的报道和实验非常的多，但是被报道的结果和性能方面都各不相同，这主要是因为制备BiFe03薄膜的工艺参数对所制备薄膜的质量有非常大的影响。针对上述问题，本文采用溶胶凝胶法制备BiFe03薄膜的同时，也着重的探讨了制备薄膜BiFe03的工艺参数的变化对薄膜的结构和微观形貌所造成的影响，同时，在此基础上，我们又做了一部分A位和B位的掺杂的改性实验，通过实验结果的初步分析讨论了元素Zr和Sm的掺杂对BiFe03薄膜的结构、漏电、铁电性能的影响。本文研究的主要内容如下：(1)研究了衬底ITO作为本次试验中制备铁酸铋薄膜电极的必要性。总体我

6、们从薄膜的生长机理的角度做参考，讨论了ITO衬底和铁酸铋薄膜两者之间由于物理参数的不同所导致的生长模式。同时，我们对ITO衬底做了XRD和SEM扫描，XRD的结山东建筑大学硕士学位论文果显示ITO是(222)择优取向的单晶衬底。SEM扫描发现，ITO表面的平整度比较的好，这样就便于涂膜，避免了因为表面不平整而产生的应力问题。同时我们通过分析ITO的电阻随温度的变化曲线．可知在600℃以下ITO薄膜的电阻基本没有变化，因此能够避免衬底电阻变化导致测试时对薄膜铁电性能的影响。再者，BFO与ITO衬底的晶格失配度为12．49％时，属于半共格界面，同时

7、他们的热膨胀系数在同一数量级，应力较小。综合以上所述，我们在ITO上涂膜并且以ITO作为电极制备铁酸铋薄膜理论上是可行的。(2)探究了以本实验室配置的前驱体溶液制备铁酸铋薄膜的各项工艺参数。在制备纯相铁酸铋薄膜的实验中，我们采用了不同的铋的含量来探究铋过量对薄膜的影响。同时，也制备了不同层数的薄膜，通过SEM扫描断层来表征薄膜的厚度从而讨论厚度对薄膜的影响。同时，我们发现。退火方式和退火温度对薄膜的结晶以及性能会有很大的影响，因此我们也做了相关方面的实验。最后我们得到了本配方制备BFO铁电薄膜的最佳工艺：我们制备薄膜采用层层退火工艺，匀胶速度为

8、4000r／min，热解温度为350℃，最佳退火温度为550℃，薄膜最佳厚度约为282nm，晶粒大小约为60nm左右，铋过量对铁酸铋铁电薄膜的结构和微