Fe摻雜及磁性離子基團(tuán)植入對(duì)鉍層狀薄膜電磁性能的影響.pdf

1、鐵電材料和多鐵材料由于具有豐富的物理背景以及巨大的應(yīng)用前景，成為最近幾年國(guó)際上凝聚態(tài)物理研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。但是，對(duì)應(yīng)用于鐵電存儲(chǔ)器和鐵電磁體存儲(chǔ)器的材料，都或多或少的存在著缺點(diǎn)，綜合性能還不能完全滿足要求。因此優(yōu)化選擇鐵電材料以及鐵電磁體材料仍然是目前關(guān)于鐵電存儲(chǔ)器和鐵電磁體存儲(chǔ)器研究的一個(gè)熱點(diǎn)。所以尋找綜合性能優(yōu)良的材料并對(duì)其進(jìn)行改性研究對(duì)加速鐵電材料和鐵電磁體材料的實(shí)際應(yīng)用有著重要意義。 針對(duì)SrBi4Ti4O15(SBTi)

2、鐵電薄膜的鐵電性能始終不能滿足實(shí)際應(yīng)用需要的問(wèn)題，本文對(duì)其進(jìn)行了A位摻雜改性研究，并對(duì)其改性原因進(jìn)行了闡述；對(duì)于最有希望得到應(yīng)用的多鐵材料BiFeO3(BFO)大的漏電流和弱的鐵磁性等問(wèn)題，本文嘗試通過(guò)將其植入層狀鈣鈦礦材料BIT中形成四層鈣鈦礦材料Bi5FeTi3O15(BFTO)，利用BIT中鉍氧層所具有的空間電荷庫(kù)和絕緣層的作用來(lái)降低多鐵材料的電導(dǎo)，改善其漏流行為，并通過(guò)對(duì)BFTO摻雜磁性Co3+離子來(lái)挖掘出層狀薄膜材料的磁性能。

3、主要成果如下： 1.首次利用溶膠-凝膠方法成功制備了Fe摻雜SBTi簿膜。利用X-ray衍射研究了薄膜樣品的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)Fe摻雜并沒(méi)有改變SBTi薄膜的微觀結(jié)構(gòu)。隨著外加電場(chǎng)的增加，矯頑場(chǎng)(Ec)和剩余極化值(Pr)呈先增加后減少趨勢(shì)。當(dāng)Fe摻雜含量為5％、最大外加電場(chǎng)為229 kV/cm時(shí)，薄膜樣品的剩余極化(2Pr)值高達(dá)91.1μC/cm2，對(duì)應(yīng)的矯頑場(chǎng)為72 kV/cm。剩余極化2Pr值提高了近260％且矯頑場(chǎng)Ec減小

4、了約6％。顯然，適量的Fe摻雜極大地提高了SrBi4Ti4O15薄膜樣品的鐵電性能。但是當(dāng)Fe摻雜含量為5％時(shí)，薄膜樣品的抗疲勞性能并沒(méi)有得到改進(jìn)。本文中，我們對(duì)其鐵電性能改進(jìn)的原因及其疲勞機(jī)制進(jìn)行了詳盡的闡述。 2.首次利用金屬有機(jī)物分解法將磁性離子團(tuán)植入鉍層狀材料BIT中，成功制備出了四層層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的Bi5FeTi3015(BFTO)薄膜，并利用X-ray衍射，原子力顯微鏡和場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡分別研究了薄膜樣品的微觀結(jié)

5、構(gòu)，表面形貌及其斷面。在最大外加電場(chǎng)為570 kV/cm時(shí)，薄膜的剩余極化2Pr和矯頑場(chǎng)Ec達(dá)到了最大值，分別為35.5μC/cm2和171 kV/cm，但是樣品的抗疲勞性能沒(méi)有得到改進(jìn)，薄膜的漏電流在低電場(chǎng)下(<28 kV/cm)隨外電場(chǎng)線性上升，歐姆傳導(dǎo)機(jī)制在起主要作用，在外電場(chǎng)從~50 kV/cm逐步增加到~200 kV/cm時(shí)，漏電流和外場(chǎng)的函數(shù)擬合InJ-E1/2呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系，表明傳導(dǎo)機(jī)制主要是Schottky發(fā)射電流機(jī)

6、制。 3.首次利用金屬有機(jī)物分解法成功制備了Co摻雜Bi5FeTi3O15(BFTO)薄膜。并利用X-ray衍射，原子力顯微鏡和環(huán)境掃描電子顯微鏡分別研究了薄膜樣品的微觀結(jié)構(gòu)，表面形貌及其斷面。鐵電性能和疲勞特性能研究表明，在最大外加電場(chǎng)為547 kV／cm時(shí)，薄膜的剩余極化2Pr值和矯頑場(chǎng)Ec值分別為62μC/cm2和142kV/cm。在頻率為50 kHz的疲勞測(cè)試條件下，經(jīng)過(guò)1.1×109讀寫(xiě)周期，薄膜的反轉(zhuǎn)極化和非揮發(fā)極化