185.b位異價元素摻雜bifeo3薄膜的制備與性能研究

1、山東建筑大學碩士學位論文題目B位異價元素摻雜BiFe03薄膜的制備與性能研究國家自然科學基金資助項目(No51272142，50872075)計：學位論文57頁表格4個插圖34幅評閱人：指導教師：學院院長：學位論文完成日期：薹山東建筑大學碩士學位論文摘要隨著傳感器、微機電系統和數據存儲鐵電薄膜器件需求量的逐年提高，高性能低成本鐵電薄膜的制備受到越來越多的研究者的關注。目前鐵電領域應用最多的材料是鋯鈦酸鉛(PZT)，但是鋯鈦酸鉛中的重金屬

2、鉛元素會對環(huán)境造成嚴重的污染，有悖于國家倡導的環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的理念。近年來，環(huán)境友好型多鐵材料BiFe03因為其與PZT材料相當的鐵電和壓電性能、較高的居里溫度(Tc=8309C)和奈爾溫度(TN=370℃)、較低的制作成本而受到研究者的廣泛關注。但是由于薄膜中氧空位的存在以及Fe3的價態(tài)波動導致BiFe03薄膜具有較大的漏電流，使得BiFe03薄膜的性能與應用要求之間存在較大的差距。研究者的實驗證明，元素摻雜是解決BiFe03薄膜漏

3、電問題最有效的途徑。摻雜元素的離子半徑和價態(tài)不同，對BiFe03薄膜結構和性能的影響也不同。根據缺陷化學理論，B位低價元素摻雜可以抑制Fe3變價，高價元素摻雜可以降低氧空位濃度，從而達到減小漏電流的目的。本文中采用溶膠一凝膠法結合層層退火工藝，首先優(yōu)化了BiFe03薄膜的制備工藝，在此基礎上通過B位異價元素摻雜改性的方法，系統的研究了低價Mn、Zn單摻以及高低價Mn、Ti共摻對BiFe03薄膜的晶體結構、表面形貌、鐵電和漏電特性的影響，

4、主要研究結論如下：1、不同退火溫度對BiFe03薄膜的性能的影響很大。隨退火溫度升高薄膜晶粒逐漸長大，剩余極化逐漸增加，但是當退火溫度增加到525℃時，由于晶粒的異常長大，導致薄膜表面的晶粒較不均勻且出現了較多氣孔，薄膜的鐵電性能變差。因此，制備BiFe03薄膜的最佳退火溫度應為500℃。2、適量的Mn摻雜可以改善BiFe03薄膜的表面形貌，并且具有細化晶粒的作用，在抑制漏電以及改善抗擊穿性能方面具有較好的效果：Mn摻雜使薄膜的導電機制

5、由空間電荷限制電流導電(scLc)逐漸轉變?yōu)闅W姆導電機制；同時Mn摻雜會使薄膜發(fā)生嚴重的老化，導致薄膜剩余極化較純相有所降低，矯頑場非對稱程度較高，這對于改善BiFe03薄膜的性能是非常不利的。3、Zn摻雜可以有效的降低薄膜的漏電流，BiFe097Zno0303薄膜具有最小的漏電流密度(138x10‘4～cm2)，比純相的漏電流密度低三個數量級；摻量為3％~45％的BiFe03薄膜(012)衍射峰取向度非常高，這會有利于薄膜的形貌及性能