BiFeO3薄膜的制備及其鐵電性能研究.pdf

1、在當今高速發(fā)展的信息社會，信息存儲器件對材料提出了更高的要求。對于高密度鐵電隨機存儲器（FeRAM）來講，BiFeO3是一個非常有發(fā)展前景的材料。BiFeO3的鐵電居里轉(zhuǎn)變溫度為1104K，剩余極化值（Pr）高達100μC/cm2，而且是一種環(huán)境友好型材料。研究發(fā)現(xiàn)，由于外延應力導致的晶格畸變及點陣常數(shù)的微小改變，BiFeO3薄膜形態(tài)的剩余極化比塊體材料高出一個數(shù)量級。同時，由于器件小型化及集成化的發(fā)展要求，BiFeO3薄膜得到了廣泛的

2、關注。但是由于Fe的價態(tài)波動以及氧空位的產(chǎn)生導致的大的漏電流，使得BiFeO3薄膜目前的性能狀況與應用要求之間有較大差距。
　　本文從BiFeO3薄膜的制備入手，研究并優(yōu)化了制備工藝，在此基礎上通過Cr3+摻雜改性的方法，優(yōu)化了BiFeO3薄膜的鐵電性能，主要研究結(jié)論如下：
　　1.采用溶膠-凝膠法制備BiFeO3薄膜，研究了溶膠配制工藝、勻膠工藝、熱處理工藝對BiFeO3薄膜結(jié)構(gòu)、形貌及性能的影響，獲得了BiFeO3薄膜溶

3、膠-凝膠法制備的最佳工藝。溶膠濃度控制為0.20mol/L，采用逐層退火方式600℃退火，制備的BiFeO3薄膜為純相，呈R3c空間群結(jié)構(gòu)，薄膜致密呈柱狀結(jié)構(gòu)生長。
　　2.研究了Cr摻雜對BiFeO3薄膜結(jié)構(gòu)及性能影響。Cr摻雜導致了BiFeO3薄膜由R3c到R3m的晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變；同時由于Cr作為異質(zhì)成核中心及對晶界的釘扎作用，Cr摻雜BiFeO3薄膜具有更小的晶粒尺寸；在對Cr摻雜BiFeO3薄膜進行漏電流測試中發(fā)現(xiàn)，Cr摻雜

4、BiFeO3薄膜的漏電流密度要明顯低于BiFeO3薄膜，其中Cr摻雜量為2％時樣品具有最低的漏電流密度：在180 kV/cm的電場強度下，漏電流密度為2.4×10-4A/cm2，比未摻雜BiFeO3薄膜的漏電流密度低兩個數(shù)量級；在對Cr摻雜 BiFeO3薄膜進行電滯回線測試中發(fā)現(xiàn)，Cr摻雜明顯提高了BiFeO3薄膜的鐵電性能，其中當Cr摻雜量為4％時，薄膜具有最大的剩余極化值（2Pr～63.88μC/cm2）。
　　3.為探究Bi