鐵酸镥鐵電材料的合成、微結(jié)構(gòu)及性質(zhì)研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體工藝特征尺寸的不斷縮小，器件的量子效應(yīng)會變得顯著，傳統(tǒng)的平面半導(dǎo)體材料及器件受到挑戰(zhàn)，在此背景下，電子自旋科學(xué)成為一個新的研究熱點。鐵電材料是一類新的功能材料，其自發(fā)極化方向受外電場改變而改變，因為其很多有趣的性能而不斷受到廣大科研工作者的關(guān)注。RE Fe03及RE Fe204(RE=rare earth)是最近比較熱門的新型鐵電體材料，這類材料往往同時兼具鐵電性和鐵磁性，由于性能受化學(xué)組成，晶體結(jié)構(gòu)等影響，而表現(xiàn)出豐富的電、

2、光、磁等特性，具有十分廣闊的潛在應(yīng)用價值。LuFe204(LuFe03)n(n=1)以及LuFe03就是這類典型材料之一，研究LuFe204(LuFe03)n(n=1)以及LuFe03的相關(guān)性能引起了廣大科學(xué)研究工作者的濃厚興趣。本論文采用溶膠凝膠法、高溫?zé)Y(jié)法、脈沖激光沉積法等方法制備LuFe204(LuFe03)n(n=1)以及LuFe03材料，并通過XRD、AFM、PL等儀器分析了所制備材料的結(jié)構(gòu)，形貌等性能，并取得了如下成果：<

3、br>　　 (1)采用液相沉積法制備LuFe03電介質(zhì)材料粉體的前驅(qū)體，并使用固態(tài)高溫?zé)Y(jié)法在850-1200度下制備LuFe03粉體材料，制備的樣品在室溫中均表現(xiàn)出鐵磁性，在1200度下燒結(jié)的樣品的飽和磁化強度最大。通過對樣品進(jìn)行XRD測試，可以得出：在850度時，LuFe03材料已經(jīng)結(jié)晶，當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到1200度時，會產(chǎn)生新相Lu3Fe5O12。2．對樣品進(jìn)行磁學(xué)測試，可以發(fā)現(xiàn)，制各樣品在室溫下都可以測到完整的M-H曲線，在120

4、0度制備的樣品，其飽和磁化強度取得最大值，在950℃燒結(jié)的樣品的飽和磁化強度最小，從850度到900度，制備的樣品飽和磁化強度有略微的上升，而從900到950度，飽和磁化強度卻突然下降，這可能和制備樣品的晶粒大小有關(guān)。所測得樣品的M-H曲線均較窄，顯示磁損較小。
　　 (2)采用溶膠-凝膠法在硅村底上制備電子型鐵電體LuFe204(LuFe03)n(n=1)薄膜材料。對薄膜的結(jié)構(gòu)及介電性能測試顯示:1．在Si襯底上制備LuFe2

5、04(LuFe03)n(n=1)薄膜，最適宜的退火溫度為800度。2．以LNO(LaNi03)作為緩沖層，有促進(jìn)擇優(yōu)取向的作用。3．摻入雜質(zhì)后，薄膜樣品的電容值隨著外加場強改變沒有發(fā)生明顯改變。這可能和電子型鐵電體鐵電性的來源有關(guān)。摻入l％Mn原子的薄膜具有更小的介電常數(shù)；摻入1％ Ni的薄膜在低頻段有很明顯的介電耗散。4．薄膜的介電常數(shù)隨外加電壓變化并不隨摻入Mn的量增加而呈線性增加，而是先增大后減小，摻入3％Mn原子的薄膜取得最大值

6、。介電損耗值Tanδ隨著摻入Mn原子的濃度增大而增大，但是Tanδ在摻雜濃度3％-5％區(qū)域保持穩(wěn)定。薄膜樣品介電常數(shù)隨測試頻率升高而不斷減少，其中摻入3％Mn的薄膜介電常數(shù)值最大。介電損耗值大致都呈現(xiàn)隨測試頻率增加先降低而后上升的過程，對于摻雜濃度在3％以上的薄膜樣品，其電介質(zhì)損耗以極化損耗為主。在高頻區(qū)域，摻入10％Mn原子的薄膜的介電損耗要低于摻入3％以及5％Mn原子的薄膜。5．通過薄膜的反射光譜大致推測出材料的禁帶寬度在4.451

7、ev左右，對此材料進(jìn)行Mn摻雜并沒有明顯改變其禁帶寬度，對介質(zhì)的折射率也沒有大的影響。在薄膜樣品的PL譜線中，可以觀測到一個位于756nm左右的峰，對應(yīng)于能量1.64ev。在純薄膜樣品中還可以發(fā)現(xiàn)一個位于550nm的峰，這個峰隨著薄膜摻入Mn雜質(zhì)而消失。推測位于756nm的峰不是材料禁帶寬度對應(yīng)的本征發(fā)射峰，而來自于材料的雜質(zhì)能級到價帶的躍遷；在550nm的峰是由于氧空位等缺陷在材料的禁帶中引入施主能級而產(chǎn)生的。
　　 (3)采