液相自組裝法制備鐵酸鉍薄膜及其性能研究.pdf

1、多鐵材料BiFeO3由于其在室溫下具有鐵磁性，鐵電性以及鐵彈性共存的特性，使得它近年來受到了廣泛的關(guān)注。BiFeO3不僅在鐵電器件和磁性器件方面具有重要的應(yīng)用前景，而且它也可在磁電耦合方面應(yīng)用，因此它為器件模塊設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供了廣闊的自由度，具有廣闊的應(yīng)用前景。液相自組裝技術(shù)是在傳統(tǒng)的液相沉積法基礎(chǔ)上，通過結(jié)合仿生合成理論所形成的新的制膜方法。近年來，由于其有原位自發(fā)形成、成鍵高度有序排列，缺陷少、結(jié)合力強(qiáng)、呈“結(jié)晶態(tài)”等特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)

2、用于功能陶瓷薄膜的制備中。
　　 本課題采用液相自組裝技術(shù)，以O(shè)TS自組裝單分子層（OTS-SAMs）為模板，Bi(NO3)3·5H2O，F(xiàn)e(NO3)3·9H2O為原料，檸檬酸為螯合劑，在ITO玻璃基片上制備了純相和La摻雜BiFeO3晶態(tài)薄膜，并研究了制備工藝和鑭摻雜對BiFeO3薄膜制備、電容和損耗的影響，以及BiFeO3薄膜的生長機(jī)理。
　　 本論文得到的主要結(jié)果如下：
　　 1．該工藝制備BiFeO3薄

3、膜合適的pH值范圍為1.50～1.65。薄膜的電容隨頻率的增大而減小。在薄膜的損耗-頻率曲線中觀察到共振峰的存在。隨著pH的增加，薄膜的致密性變差，電容減小，損耗增加。
　　 2．隨著沉積溫度的升高，BiFeO3的衍射峰強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，表面吸附的大顆粒增多，導(dǎo)致BiFeO3薄膜的電容逐漸減小，損耗逐漸增加，該工藝制備BiFeO3薄膜沉積溫度以75℃為宜。
　　 3．由于檸檬酸對Fe3+的掩蔽作用，使得Bi3+絡(luò)合物比Fe3

4、+絡(luò)合物沉積速率大，導(dǎo)致薄膜出現(xiàn)Bi2O3和Bi2O2.33相，對薄膜的電性能產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致薄膜電容減小，損耗增加。合適的Fe3+/Bi3+摩爾比為2.6。
　　 4．550℃退火2h的條件下得到了純相BiFeO3薄膜，薄膜平整致密，晶粒發(fā)育完整。隨著退火溫度的增加，保溫時(shí)間的延長，BiFeO3薄膜的電容逐漸增加，損耗逐漸減小。退火溫度過高，會導(dǎo)致Bi25FeO40雜相生成，晶粒異常長大；保溫時(shí)間過長，會導(dǎo)致BiFeO3高溫

5、分解；兩種情況都會導(dǎo)致BiFeO3薄膜的電容減小，損耗增大。
　　 5．液相自組裝法制備純相BiFeO3薄膜可以在不同pH值的前驅(qū)液中制備出純相BiFeO3薄膜。Bi3+和Fe3+的絡(luò)合物以不同的速率被-OH誘導(dǎo)吸附到ITO玻璃基片上，形成牢固的化學(xué)鍵結(jié)合，退火處理后形成晶態(tài)BiFeO3薄膜。
　　 6．La的最佳摻入量為5％。隨著La摻雜量的增加，衍射峰向小角度衍射角方向出現(xiàn)了明顯的偏移，BiFeO3薄膜的電容逐漸增加