紫外光輻照精細(xì)鐵酸鉍薄膜的制備及其圖案化研究.pdf

1、鐵磁電材料由于同時具有鐵磁性和鐵電性已被廣泛作為一個磁電耦合參數(shù)秩序很有前途的材料。這些材料在自旋電子和信息存儲應(yīng)用方面具有很大的潛力。BiFeO3(BFO)是重要的鐵磁電材料之一，它同時表現(xiàn)出鐵電有序(居里溫度為1103K)和反鐵磁有序(尼爾溫度為643K)。由于這種磁電耦合性質(zhì)，BFO的系統(tǒng)可用于發(fā)展廣播、電視、微波和衛(wèi)星通信、泡沫存儲設(shè)備、音頻、視頻、數(shù)字錄音等領(lǐng)域的新應(yīng)用程序。
　　 本文研究內(nèi)容與結(jié)果摘要如下：

2、　　 1.研究了一種在低溫水溶液中制備BiFeO3薄膜材料的新合成方法。將自組裝單分子薄膜技術(shù)(Self-AssembledMonolayers，SAMs)與液相沉積技術(shù)(Liquid PhaseDeposition,LPD)相結(jié)合，利用功能化的單分子薄膜對BiFeO3前驅(qū)體溶液的誘導(dǎo)作用，在基底表面制備出結(jié)構(gòu)均一的與基地結(jié)合牢固的BiFeO3薄膜及其圖案化。該法只需在適當(dāng)?shù)娜芤褐薪牖诨媳銜练e出致密均勻的薄膜。成膜過程操

3、作簡單，而且不需要昂貴的儀器。
　　 本研究在水的沸點(diǎn)以下，將基片浸漬在含有鉍鐵絡(luò)合物離子的前驅(qū)液中，在基片上沉積出含有鉍鐵的絡(luò)合物薄膜，然后再經(jīng)過高溫退火，獲得具有純相的BiFeO3薄膜。我們系統(tǒng)討論了前驅(qū)液的配比，通過實(shí)驗(yàn)，確定了以Fe(NO3)3·9H2O，Bi(NO3)3·5H2O為前驅(qū)物原料，以稀醋酸為溶劑，以檸檬酸為絡(luò)合劑，Bi3+，F(xiàn)e3+和檸檬酸的摩爾比為1：1:1，配制的BiFeO3溶液均勻且穩(wěn)定性好。利用X射

4、線衍射儀、掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)等測試手段對所制備BiFeO3薄膜的結(jié)構(gòu)、相組成和表面形貌進(jìn)行了分析考察，研究結(jié)果表明：在前驅(qū)液濃度為0.01mol●L-1,pH=1.4～1.6，沉積溫度為65℃，退火溫度在550℃的最佳工藝條件下，可以得到結(jié)晶良好的具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的BiFeO3薄膜，且膜層表面結(jié)構(gòu)致密均一，與基底結(jié)合牢固；實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了功能性SAMs對于BiFeO3粒子在其表面沉積能起到明顯的誘導(dǎo)作用，能夠誘

5、導(dǎo)BiFeO3前驅(qū)體在基底表面均勻地成核和生長，進(jìn)而形成一層與基底結(jié)合緊密、結(jié)構(gòu)致密的膜層。
　　 根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)一步對BiFeO3薄膜進(jìn)行圖案化制備。將OTS-SAMs基體在光掩膜覆蓋下用紫外光進(jìn)行刻蝕，得到含有親水性和疏水性區(qū)域的模板，利用液相沉積法在OTS-SAMs模板表面制備了BiFeO3圖案化薄膜。通過接觸角儀、原子力顯微鏡、X射線衍射、掃描電鏡、X射線能譜儀等測試手段對OTS膜和BiFeO3薄膜進(jìn)行表征，結(jié)果表明

6、：以O(shè)TS為模板利用液相沉積法制備出邊緣輪廓清晰、粗糙度較小，與基板結(jié)合力較強(qiáng)，條紋寬度為10～20μm的BiFeO3圖案化薄膜。
　　 2.研究了化學(xué)液相法制備BiFeO3薄膜的制備工藝，采用提拉法涂膜并研究了功能化的SAMs表面對于BiFeO3的影響及退火溫度對鐵酸鉍薄膜的相組成和微觀形貌的影響。X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)和X射線能譜儀(EDS)結(jié)果表明，在SAMs功能化的玻璃基底上所