摻鈰與摻鉻對(duì)于鐵酸鉍薄膜鐵電性影響的研究.pdf

1、鐵酸鉍在室溫下具有多鐵性，即同時(shí)含有鐵電性和反鐵磁性。鐵酸鉍的微觀結(jié)構(gòu)是鈣鈦礦型對(duì)稱三方晶系結(jié)構(gòu)，屬于R3c點(diǎn)群。由于鐵酸鉍(BFO)的居里溫度(TC=1103k)和尼爾溫度(TN=643k)較高，它在未來的鐵電存儲(chǔ)器、傳感器和光全息存儲(chǔ)器等有著廣泛的應(yīng)用前景，因此受國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者的追捧。
　　本文用化學(xué)方法之一溶膠凝膠方法（sol-gel法），配置了物質(zhì)量濃度為0.2mol/L的純鐵酸鉍(BiFeO3)、Bi0.9Ce0.1Fe

2、O3、BiFe0.9Cr0.1O3等前驅(qū)體溶液。然后用勻膠機(jī)在白金襯底上鍍了BiFeO3、Bi0.9Ce0.1FeO3、BiFe0.9Cr0.1O3的薄膜，最后經(jīng)掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、拉曼光譜測(cè)試（RAMAN）、光電子能譜測(cè)試(XPS)、鐵電測(cè)試和漏電流等的一系列性能測(cè)試后發(fā)現(xiàn);
　　(1)摻鈰對(duì)純鐵酸鉍薄膜的性能影響是，通過掃描電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)，摻鈰之后薄膜的表面形貌更加致密，孔洞明顯減少。XRD結(jié)果表明

3、，鐵酸鉍在32°附近的104峰和110峰，在摻鈰之后合并為一個(gè)峰。這是由于鐵酸鉍原來的對(duì)稱三方晶系相結(jié)構(gòu)變?yōu)樗姆骄岛托狈骄迪喙泊娼Y(jié)構(gòu)。拉曼光譜測(cè)試的結(jié)果是，A1-1、A1-2、E-2和A1-3等聲子模都有了紅移，并且在428.25cm-1處的峰也消失。通過XPS測(cè)試發(fā)現(xiàn)，摻鈰之后鐵酸鉍的Fe2+離子減少，因而也減少了氧空位。漏電流和鐵電測(cè)試發(fā)現(xiàn)，由于鐵二價(jià)離子的減少，使得鐵酸鉍的漏電流降低了約兩個(gè)數(shù)量級(jí)，提高了鐵酸鉍的鐵電性，即分別

4、將剩余極化強(qiáng)度和飽和極化強(qiáng)度由原來的6.22μC/cm2提高到25.10μC/cm2和27.07μC/cm2到49.22μC/cm2。
　　(2)摻鉻對(duì)純鐵酸鉍薄膜的性能影響是，通過掃描電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)，薄膜的表面形貌不同于純相鐵酸鉍，變得顆粒狀不明顯，孔洞也減少，但表面起伏度增加。由XRD晶體結(jié)構(gòu)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，摻Cr后除了純相鐵酸鉍的主峰，還有在27.9°附近出現(xiàn)了新的峰，這是BiCrO3的(211)晶向主峰，還有在52.9°和57.

5、6°附近出現(xiàn)了兩個(gè)鉻酸鉍的(420)和(422)晶向峰，這表明，摻Cr使BFO原來的三方晶系相結(jié)構(gòu)變?yōu)锽FO和BCO共融體結(jié)構(gòu)。鐵酸鉍的A1-1(cm-1)、A1-2(cm-1)、E-1(cm-1)、E-2(cm-1)、E-7(cm-1)振動(dòng)模由原來的79.09 cm-1、140.34 cm-1、220.83cm-1、264.87 cm-1、613.59 cm-1藍(lán)移后變?yōu)?9.62cm-1、140.51cm-1、222.29cm-1、

6、268.54cm-1、682.61cm-1，而振動(dòng)模A1-3(cm-1)、E-4(cm-1)、E-6(cm-1)紅移后變?yōu)?70.29 cm-1、342.98 cm-1、506.34 cm-1。振動(dòng)模E-3、E-5摻鈰后消失，有新的模E-8出現(xiàn)，這一現(xiàn)象也進(jìn)一步說明了相的變化。摻鉻之后鐵酸鉍的Fe2+離子的減少通過XPS測(cè)試發(fā)現(xiàn)，對(duì)純相BFO和BiFe0.9Cr0.1O3的薄膜多鐵性測(cè)試后漏電流降低了，但對(duì)于鐵電性沒有增強(qiáng)，反而降低，這