種子層對BiFeO3薄膜組織和性能的影響.pdf

1、多鐵材料是指同時具備鐵電、鐵磁性能、鐵彈性中的兩種或兩種以上的性能的材料。在眾多的單相多鐵材料當中，BiFeO3因為在室溫下同時具有鐵電和鐵磁性能而有潛力應用在鐵電存貯器。理論上，BiFeO3具有優(yōu)異的鐵電性能，然而實驗證實，BiFeO3的鐵電性能極差，剩余極化強度只有幾個單位，其中很重要的一個原因就是BiFeO3薄膜的漏電流較大。本文提出在底電極和BiFeO3薄膜之間加入一層SrTiO3種子層以期達到既降低漏電流又提高BiFeO3薄膜

2、的結晶度的目的。
　　本文采用低成本制備技術----溶膠凝膠法，在薄膜與襯底之間添加了SrTiO3種子層利于BiFeO3薄膜形核與晶化過程、改善薄膜表面形貌和增大晶粒尺寸、誘發(fā)其產(chǎn)生織構并降低BiFeO3薄膜漏電流。實驗以Bi(NO3)3·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O、Sr(NO3)2和Ti(OC4H9)4為原料，乙二醇甲醚為溶劑配置溶膠。配置時，溶膠內(nèi)增加5％的Bi(NO3)3·5H2O的摩爾量，以補償薄膜在預燒和退火時

3、Bi元素的揮發(fā)。不同厚度的SrTiO3種子層也采用溶膠凝膠的方法制備。含種子層和不含種子層的BiFeO3薄膜在650℃下退火5分鐘。利用XRD、AFM、XPS研究了種子層對BiFeO3薄膜的微觀組織和元素化學狀態(tài)的影響規(guī)律，利用鐵電測量儀研究了種子層對BiFeO3薄膜的導電機制以及鐵電性能的影響規(guī)律。XRD和AFM證實，SrTiO3種子層的加入既引起了BiFeO3薄膜結晶方向的改變，薄膜的晶化織構由(010)轉變?yōu)椋?10），同時又提高

4、了薄膜的結晶度。SrTiO3種子層的加入并沒有引起B(yǎng)iFeO3薄膜相結構的變化，也沒有生成二次相。XPS結果顯示，SrTiO3種子層加入也改變了 BiFeO3中Fe元素的價態(tài)，在一定范圍內(nèi)，SrTiO3種子層可以降低BiFeO3中氧空位的濃度。SrTiO3種子層對于BiFeO3薄膜的漏電流密度、導電機制以及鐵電性能也產(chǎn)生很大的影響，隨著 SrTiO3種子層厚度的增加，薄膜的漏電流密度隨著降低，導電機制也相應發(fā)生變化，但是當種子層達到一定