多铁性薄膜的化学方法制备及性能研究

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1、上海大学硕士学位论文多铁性薄膜的化学方法制备及性能研究摘要多铁性薄膜材料是在器件多功能化、集成化、小型化的发展趋势下发展起来的一种新型材料。它因为同时具有两种以上的铁性能，在制作多功能器件、集成器件或机敏(SMAM)器件等方面都有很好的应用前景，近年来得到了广泛的研究。铁酸铋是室温下同时具有铁电和反铁磁性的单相多铁材料，为扭曲的三方钙钛矿结构，具有高的居里温度(8300C)和尼尔温度(3700C)，是近年国际上研究的热点。本文使用溶胶．凝胶方法制备铁酸铋．钛酸铅固溶体薄膜和纯相的铁酸铋薄膜，探讨了

2、铁酸铋基薄膜的化学制备工艺，以及不同的工艺过程对薄膜结构和电性能的影响。对于铁酸铋．钛酸铅薄膜而言，随退火温度的提高，薄膜的结晶性变好，介电性能在6500C之前逐渐提高，温度继续升高性能下降。因此，高于6000C低于7000C的退火温度有利于降低薄膜的漏电流密度。而当溶胶浓度由0．2M增加到0．4M后，铁酸铋．钛酸铅薄膜的漏电流降低，电性能变好，0．4M薄膜的漏电流密度在300kV／cm的电场下依然保持在10弓A／era2的数量级。此外，在常用的上电极材料中，Au比Pt能更为有效地抑制金属．介质界

3、面层的缺陷，形成良好的欧姆接触，从而获得低损耗、绝缘性良好的铁酸铋．钛酸铅薄膜体系。低温测试结果显示，随着温度从-100。C升高到室温，铁酸铋．钛酸铅薄膜的剩余极化逐渐增大。铁酸铋薄膜随着厚度增加，薄膜结晶性变好，三方相钙钛矿结构更加明显。厚度在400nm以上的薄膜，介电常数随厚度增加而增加，并且薄膜的绝缘性变好。每4层退火的薄膜介电性能好于一次性退火薄膜，且漏电流密度比一次性退火薄膜低约两个数量级。关键词：溶胶．凝胶，多铁性，薄膜，退火V上海大学硕士学位论文多铁性薄膜的化学方法制备及性能研究AB

4、STRACTRecently,multiferroicmaterialshavebeenattractingmuchattentionforthephenomenaofcoexistenceoftheferroelectric，ferromagneticandferroelasticproperties．Amongthistypeofmaterials，bismuthferrite(BiFe03，BFO)istheonlyprototypicalmaterialwhichshowsbothferr

5、oelectricityandanti-ferromagnetismaboveroomtemperature．Inthispaper,theBFO—relatedfilmsystems—BFO-PTfilmsandBFOthinfilmsfabricatedbysol·gelmethodarebeingstudied．ThefabricationprocessofBFO-PTfilmsystemsisdetailedinvestigated．Itshowsthatwithincreasingthe

6、annealingtemperature，thecrystallizationoftheBFO-PTthinfilmswasenhanced．Theoptimizeddielectricpropertiesarepresentedforthefilmsannealedat6500C．AndthedielectricconstantandinsulationoftheBFO-PTfilmareimprovedwhenincreasingthesolconcentrationfi'omO．2mol／L

7、to0．4mol／L．Theleakagecurrentdensityoffilmwith0．4MsolconcentrationWaslowerthan10-SA／cm2at300kV／crn．Besides，theeffectofelectrodematerialisalsoexamined．Asaresult，BFO—PTthinfilmswithAutopelectrode，insteadofPttopelectrode，exhibitlowerdielectriclossandhighe

8、rinsulationinthiswork．BFOfilmsystemsareexploredmeanwhile．BettertetragonalcrystallizationaccompanyingWasobservedwhenincreasingthefilmthickness．ThedielectricconstantalsoincreaseswiththethicknesswhenfilmthicknessWasOVer400rim．AndbetterinsulationW