種子層對BiFeO3薄膜組織和性能的影響.pdf_第1頁
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文檔簡介

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(dāng)中,BiFeO3因為在室溫下同時具有鐵電和鐵磁性能而有潛力應(yīng)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(qiáng)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(dá)到既降低漏電流又提高BiFeO3薄膜

2、的結(jié)晶度的目的。
  本文采用低成本制備技術(shù)----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(gòu)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(bǔ)償薄膜在預(yù)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(xué)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(dǎo)電機(jī)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(jié)晶方向的改變,薄膜的晶化織構(gòu)由(010)轉(zhuǎn)變?yōu)椋?10),同時又提高

4、了薄膜的結(jié)晶度。SrTiO3種子層的加入并沒有引起B(yǎng)iFeO3薄膜相結(jié)構(gòu)的變化,也沒有生成二次相。XPS結(jié)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(dǎo)電機(jī)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(dǎo)電機(jī)制也相應(yīng)發(fā)生變化,但是當(dāng)種子層達(dá)到一定

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