BiFeO3的制備及其磁電性能研究.pdf

1、多鐵性材料由于鐵磁和鐵電的共存，能夠通過(guò)電場(chǎng)控制磁性或者通過(guò)磁場(chǎng)控制鐵電性（磁電調(diào)控），引起了人們廣泛的關(guān)注。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)的單相多鐵材料很少，原因是材料中的鐵磁性和鐵電性對(duì)外層電子結(jié)構(gòu)的要求是相互排斥的，這也造成了室溫條件下的單相多鐵性材料尤為珍貴。BiFeO3是目前僅有的一種具有室溫以上的鐵電居里溫度(～830℃)和反鐵磁奈爾溫度(～370℃)的單相多鐵性材料，其電與磁的特性及其相互耦合就成為了研究的關(guān)注點(diǎn)。
　　由于Bi

2、FeO3的宏觀磁矩很弱（反鐵磁性），應(yīng)用在自旋電子學(xué)器件中通常作為反鐵磁釘扎層，利用其與鐵磁層之間的交換耦合效應(yīng)制備相應(yīng)的電子器件。所以，BiFeO3薄膜的鐵電性能和其與鐵磁薄膜的交換偏置效應(yīng)引起人們廣泛的關(guān)注。因?yàn)橹苽銪iFeO3薄膜的過(guò)程中Bi的揮發(fā)會(huì)產(chǎn)生氧空位和Fe價(jià)態(tài)的波動(dòng)，導(dǎo)致其具有較大的漏電流，所以在制備樣品中必須有效控制漏電流，保證樣品的絕緣性良好;其次，要想實(shí)現(xiàn)磁電相互調(diào)控，在保證交換偏置場(chǎng)的同時(shí)，BiFeO3薄膜需要具

3、有良好的鐵電性。
　　本論文主要圍繞BiFeO3陶瓷和薄膜材料開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的工作:
　　1、摸索了利用脈沖激光沉積(PLD)制備BiFeO3薄膜的工藝。通過(guò)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的優(yōu)化，得到了制備純相BiFeO3薄膜的最佳工藝:襯底溫度:750℃，氧壓:2Pa，激光能量:360mJ，頻率:10Hz，靶基距:5cm;
　　2、利用PLD在(001)SrTiO3襯底上制備了不同Bi含量的BixFeO3薄膜以及不同Li摻雜的Bi1-

4、y LiyFeO3單晶薄膜，在結(jié)構(gòu)、鐵電、磁性、疲勞等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，在保證樣品具有良好鐵電性和交換偏置效應(yīng)的同時(shí)，制備工藝具有可重復(fù)性。得到如下
　　結(jié)論:
　　(1)XRD分析表明，當(dāng)樣品中的Bi含量超過(guò)1.05時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)Bi2O3雜相，這與SEM圖像中的島狀結(jié)構(gòu)相符合;
　　(2)在0.9≤Bi≤1.2時(shí)，樣品的電滯回線具有良好的形狀，但是高于或者低于這個(gè)范圍時(shí)，樣品的回線開(kāi)始變形;Bi含量的變化對(duì)漏電流

5、沒(méi)有明顯的影響;
　　(3)在3％濃度的Li摻雜時(shí)，對(duì)樣品鐵電性能改善效果最為顯著，而且此時(shí)漏電流最低，這歸因于樣品中P型Li摻雜對(duì)n型缺陷的中和作用;
　　(4)BiFeO3薄膜的抗疲勞特性通過(guò)3％Li的摻雜有所改善，但不明顯;
　　(5)Bi和Li含量的變化對(duì)于交換偏置場(chǎng)大小沒(méi)有明顯的影響，可以用于后期的磁電調(diào)控實(shí)驗(yàn)。
　　3、研究了0.8BiFeO3-0.2(Na0.5Bi0.5TiO3)(BFO-NBT)

6、和0.8Bi0.95La0.05FeO3-0.2NBT(BLFO-NBT)陶瓷塊材的磁電耦合效應(yīng)。利用溶膠凝膠法制備了BFO-NBT和BLFO-NBT樣品，都得到了明顯的磁滯回線。樣品BFO-NBT的磁性在加電場(chǎng)極化之后受到明顯的抑制（在60kOe磁場(chǎng)時(shí)，從0.726emu/g下降為0.282emu/g），但是同樣的處理對(duì)BLFO-NBT樣品的磁性卻幾乎沒(méi)有影響。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，極化后磁性削弱并不是磁矩在電場(chǎng)下重新取向的原因，而是由氧空位