Sr摻雜對(duì)BiFeO3基薄膜電性能的影響研究.pdf

1、隨著傳感器、諧振器、驅(qū)動(dòng)器、非揮發(fā)性存儲(chǔ)器、超聲波換能器等鐵電薄膜電子元器件需求量的增加，制備低成本、高壽命、集成多功能的鐵電薄膜材料受到研究者的高度關(guān)注。近年來，BiFeO3(BFO)作為一種理想的環(huán)境友好型無鉛多鐵材料，因其優(yōu)異的鐵電、壓電以及鐵磁性能，有望在未來的微機(jī)電系統(tǒng)中替代Pb(Zr, Ti)O3(PZT)而得到廣泛的應(yīng)用。
　　目前，諸多因素仍制約著BFO薄膜材料的應(yīng)用，一方面，BFO薄膜樣品的制備工藝仍不夠成熟，所

2、制備的BFO薄膜樣品存在性能不穩(wěn)定和性能不優(yōu)良兩個(gè)特點(diǎn);另一方面，在BFO薄膜樣品的制備過程中，由于氣氛等原因，容易發(fā)生Fe化合價(jià)的波動(dòng)（主要為Fe3+被還原為Fe2+），為了達(dá)到電價(jià)平衡，產(chǎn)生氧空位，這將使得所制備的薄膜樣品的漏電問題加劇，進(jìn)而影響到所制備的薄膜樣品其它方面的性能，如鐵電性能等。因此，通過對(duì)制備工藝的進(jìn)一步優(yōu)化、摻雜改性、制備多層結(jié)構(gòu)等手段提高BFO薄膜的性能成為目前研究的重點(diǎn)。
　　本文采用溶膠-凝膠法，層層退

3、火工藝，制備了一系列不同參數(shù)的BFO基薄膜樣品，通過一系列研究，得到以下主要結(jié)論。
　　(1)Bi過量對(duì)BFO薄膜的結(jié)構(gòu)和性能影響較大。在本體系中，當(dāng)Bi過量10mol％時(shí)，所制備的薄膜為ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，此時(shí)薄膜樣中存在準(zhǔn)同型相界，在準(zhǔn)同型相界附近，薄膜相結(jié)構(gòu)具有較大活性，有利于薄膜性能的提高，測試電場為1213 kV/cm時(shí)，薄膜剩余極化強(qiáng)度為71.18μC/cm2，矯頑場強(qiáng)412.52kV/cm，漏電流密度為7.8×10

4、-7A/cm2，當(dāng)頻率為105 Hz時(shí)，薄膜的介電常數(shù)208，介電損耗為0.042。
　　(2)Sr摻雜對(duì)BiFe0.98Mn0.02O3薄膜的相結(jié)構(gòu)和電性能有較大影響。Sr元素的最佳摻量為2mol％，測試電場為800kV/cm時(shí)，薄膜剩余極化強(qiáng)度90.129μC/cm2，矯頑場282.37kV/cm，漏電流密度為4.5×10-7A/cm2，測試頻率為105Hz時(shí)，介電常數(shù)為232，介電損耗為0.190。
　　(3)使用Sr

5、2Bi4Ti5O18(SBTO)薄膜進(jìn)行雙層結(jié)構(gòu)的制備，降低了BFO基薄膜樣品的漏電流密度，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，雙層結(jié)構(gòu)的制備，使得所制備的薄膜樣品的抗擊穿電場升高。
　　作為創(chuàng)新，在機(jī)理分析方面，認(rèn)為Sr摻雜導(dǎo)致BFMO薄膜漏電的主要因素是自由移動(dòng)的氧空位（VO2-）··或取代鉍離子的鍶離子（Sr2+Bi3+）而不是缺陷電子對(duì)(Sr2+Bi3+)'-（VO2-）··，這為進(jìn)一步降低薄膜材料的漏電流提供了參考，通過雙層結(jié)構(gòu)的探討，提高了薄膜