界面种子层对cofe2o4基薄膜结构和性能的影响

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1、硕士学位论文界面种子层对CoFe2O4基薄膜结构和性能的影响THEEFFECTOFSEEDINGLAYERONTHESTRUCTUREANDPROPERTIESOFCOBALTFERRITETHINFILMS张亚楠哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TB34学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文界面种子层对CoFe2O4基薄膜结构和性能的影响硕士研究生：张亚楠导师：费维栋教授申请学位：工学硕士学科：材料物理与化学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classifi

2、edIndex:TB34U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEEFFECTOFSEEDINGLAYERONTHESTRUCTUREANDPROPERTIESOFCOBALTFERRITEBASEDTHINFILMSCandidate：ZhangYananSupervisor：Prof.FeiWeidongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsPhysicsandChemistryAff

3、iliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要尖晶石结构的钴铁氧体(CoFe2O4，简称CFO)薄膜因具有饱和磁化强度高、矫顽力高、磁晶各向异性大、化学性能稳定、耐腐蚀耐磨损等优异的物理化学性质而被广泛研究，但因本身不具有铁电性而并不是多铁材料。本文试图通过微量掺杂Al/Li，得到除BiFeO3之外的，又一种在

4、室温自然状态下，时具有铁电性与铁磁性的单相多铁材料，并且合适的种子层的引入可以调控薄膜的残余应力、磁性能、薄膜质量等，因此本文以CFO基薄膜为研究对象，研究种子层对CFO基薄膜结构与电磁性能的影响。其中用X射线衍射分析了薄膜的相结构和残余应力，用原子力显微镜观察表征了薄膜的表面形貌，用阻抗仪和铁电测量仪测量了薄膜的介电性能和铁电性能以及漏电性能，最后用振动样品磁强计测量了CFO基薄膜的磁性能。采用溶胶-凝胶法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底制备了CoO种子层，通过研究CoO种子层层数与退火温度对CFO薄膜结构与磁电性能的影响，可以得知当CoO种子层

5、为2层，退火温度为550℃时，容易获得结晶性比较好，表面粗糙度比较小的CFO薄膜，并且此时薄膜介电常数比较大，介电损耗比较小，所受残余应力为拉应力，磁性能表现为垂直与平行方向的各向异性。另外，采用磁控溅射法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底制备了SrTiO3种子层，通过研究该种子层退火温度对CFO薄膜结构与磁电性能的影响，可以得知当SrTiO3种子层退火温度为750℃时，容易获得结晶性比较好的CFO薄膜，此时薄膜表面粗糙度比较小，所受残余应力为拉应力，介电常数大，甚至可以达到2500(频率为1kHz时)，介电损耗比较小，介电损耗随着频率的升高而降低直

6、至平稳。根据以上结论，在CoO种子层(2L-550℃)和SrTiO3(750℃)上采用溶胶-凝胶法制备了不同退火温度和不同厚度的掺杂5%Al/Li的CFO薄膜(Co0.95Al0.025Li0.025Fe2O4，简称ALCFO薄膜)，可以得知，ALCFO薄膜为单一的尖晶石结构，并且表现出优异的介电性能，ALCFO薄膜虽然有一定的漏电现象，但是绘制出了电滞回线，使其成为除BiFeO3等之外的，又一种在室温自然状态下，同时具有铁电性与铁磁性的单相多铁材料。至于漏电机制，CoO种子层上的ALCFO薄膜表现为欧姆机制与空间电荷传导机制的复合，而SrTiO3

7、种子层上的ALCFO薄膜为欧姆机制。关键词：界面种子层；钴铁氧体薄膜；介电性能；磁性能；铁电性能-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractCobaltferriteCoFe2O4(CFO)thinfilmswithspinalstructurehasbeenintensivelyinvestigatedduetoitsexcellentphysicochemicalproperties,suchasmoderatesaturationmagnetization,highcoercivity,highmagnetocrystallinean

8、isotropy,remarkablechemicalstability,anti-abrasionandanti-cor