29927.nd,co共摻雜制備bifeo3薄膜及多鐵性研究

1、瞎壓斜技大學(xué)論文題目：NdCo共摻雜制備BiFe03薄膜及多鐵性研究學(xué)科門類：工學(xué)一級(jí)學(xué)科：材料科學(xué)與工程培養(yǎng)單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士生：薛旭導(dǎo)師：談國(guó)強(qiáng)教授2014年5月Nd，Co共摻雜制備BiFe03薄膜及多鐵性研究摘要在過去的幾十年里，由于自發(fā)極化可達(dá)～100／tC／cm2，鐵電性和反鐵磁性在室溫下的共存以及遠(yuǎn)高于室溫的鐵電相變溫度和反鐵磁奈爾溫度，BiFe03(BFO)在多鐵材料研究領(lǐng)域占有很高的地位。尤其，BFO擁有的大剩

2、余極化強(qiáng)度、壓電系數(shù)和磁電耦合效應(yīng)使其可以被應(yīng)用于非易失的隨機(jī)儲(chǔ)存器和微電子機(jī)械系統(tǒng)中。BFO的鐵電性起源于Bi離子6s2孤對(duì)電子而磁性測(cè)歸因于半滿的Fe離子d軌道。另外，BFO擁有傾斜的G型反鐵磁結(jié)構(gòu)并伴隨～62nm的旋轉(zhuǎn)周期。本課題采用溶膠凝膠法在FTO基板上制備了不同溶劑比的BiFe03薄膜、BilxNdxFe03(BNFO，x=006～O20)薄膜、Bio85Ndo15Fel_xCox03(BNFCO，x=0～004)薄膜和Bi

3、l_xNdxFeo97Coo0303(BNFCO，x=006～O15)薄膜。研究了薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)態(tài)、漏電機(jī)制、介電、鐵電和鐵磁性能。主要結(jié)論如下：(1)前驅(qū)液中醋酸酐的比例對(duì)BiFe03薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、介電和鐵電性能均有較大的影響。當(dāng)前驅(qū)液中醋酸酐的比例增加時(shí)，XRD分析和Raman光譜顯示出薄膜從三方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆浇Y(jié)構(gòu)，薄膜變‘軟’。當(dāng)前驅(qū)液中醋酸酐的比例為25％時(shí)，觀測(cè)到了最大的剩余極化，即149gC／cm2。(2)研究了稀土

4、Nd摻雜對(duì)BilxNdxFe03(BNFO，x=006020)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)態(tài)、介電、鐵電和鐵磁性能的影響。當(dāng)Nd離子含量增加時(shí)，XRD分析和Raman光譜表明薄膜發(fā)生相變。XPS分析鑒定出BNFO薄膜存在Fe和Bi離子變價(jià)。通過15％Nd離子摻雜得到了最強(qiáng)的鐵電極化。在BNFO(x=020)薄膜中觀測(cè)到了鐵電性能的大幅退化和鐵磁性能的迅速增強(qiáng)，這源自薄膜的順電性和正交結(jié)構(gòu)。BNFO薄膜的禁帶寬度隨Nd離子含量的增加逐漸降低，可表

5、示為最=(245—0024x)eV。(3)研究了C02離子摻雜對(duì)Bio85Ndo15Fe03(BNFO)薄膜的結(jié)構(gòu)、Fe離子變價(jià)、漏電流、介電和鐵電性能的影響。XPS分析顯示BNFCO薄膜中的Fe2濃度比BNFO薄膜低，并證實(shí)了C02離子摻雜可以限制Fe2離子和氧空位的形成。BNFCO(x=001)薄膜的漏電流密度與BNFO薄膜相比降低了3個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度小于180kV／cm時(shí)，BNFCO(x=004)薄膜受空間電荷限制電導(dǎo)(SCL