BCFTO-BNT多鐵異質(zhì)結(jié)及其電學(xué)性能研究.pdf

1、多鐵性材料是指同時具有兩種或兩種以上基本鐵性(鐵電性、鐵磁性、鐵彈性)的一類材料，由于其同時具有多種基本鐵性，因而在新一代信息存儲器、傳感器、自旋電子設(shè)備中得到廣泛的運用。BiFeO3薄膜作為典型的多鐵性材料，是唯一一種在室溫下同時表現(xiàn)出鐵電有序性和反鐵磁性有序性的材料，它具有較高的鐵電居里溫度(Tc~1123 K)和反鐵磁奈爾溫度(TN~647 K)及較高剩余極化強度，因此成為近年來物理學(xué)、微電子學(xué)、材料學(xué)科等相關(guān)領(lǐng)域的一個研究熱點。

2、但由于 BiFeO3薄膜漏電流較大，嚴(yán)重的限制了BiFeO3薄膜的實際應(yīng)用。本文選取BiFeO3薄膜為研究對象，主要開展了以下三個方面的工作：溶膠凝膠法制備 Bi1-xCexFe1-yTiyO3薄膜及性能表征；溶膠凝膠法制備Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜及性能表征；Bi0.94Ce0.06Fe0.97Ti0.03O3/Bi3.15Nd0.85Ti3O12多鐵異質(zhì)結(jié)的制備及電學(xué)性能研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用溶膠

3、凝膠法在Pt/Ti/SiO2/Si襯底上制備了Bi1-xCexFe1-yTiyO3(x=0.03,0.06,0.09;y=0.03,0.06,0.09)薄膜，系統(tǒng)的研究了不同Ce、Ti共摻雜比例對BiFeO3薄膜漏電及鐵電性能的影響，得出了最佳Ce、Ti共參雜比例：x=0.06；y=0.03。在此基礎(chǔ)上本文采用溶膠凝膠法制備了BiFeO3、Bi0.94Ce0.06FeO3、BiFe0.97Ti0.03O3薄膜作為對比，近一步研究了Ce、

4、Ti共摻雜對BiFeO3薄膜微觀結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能的影響。實驗結(jié)果表明Bi0.94Ce0.06Fe0.97Ti0.03O3薄膜具有較大的剩余極化強度(2Pr~130μC/cm2@1240 kV/cm)、較高的介電常數(shù)(364@1 kHz)，其漏電流密度(9×10-6A/cm2@100 kV/cm)相比BiFeO3薄膜降低了兩個多數(shù)量級。⑵為進(jìn)一步降低Bi0.94Ce0.06Fe0.97Ti0.03O3薄膜的電學(xué)性能，本文通過在Pt/Ti/S

5、iO2/Si襯底與Bi0.94Ce0.06Fe0.97Ti0.03O3薄膜之間加入一層Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜，制備Bi0.94Ce0.06Fe0.97Ti0.03O3/Bi3.15Nd0.85Ti3O12多鐵異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。在制備異質(zhì)結(jié)前，采用溶膠凝膠法在Pt/Ti/SiO2/Si襯底上制備了Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜，并對其微觀結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能經(jīng)行了表征。測試結(jié)果表明，所制備的Bi3.15Nd0.85Ti3O

6、12薄膜具有飽和的電滯回線，剩余極化強度為42μC/cm2(@13 V)，當(dāng)測試頻率為1kHz時介電常數(shù)為570。⑶在上一階段工作的基礎(chǔ)上，采用溶膠凝膠法在Pt/Ti/SiO2/Si襯底制備了Bi0.94Ce0.06Fe0.97Ti0.03O3/Bi3.15Nd0.85Ti3O12多鐵異質(zhì)結(jié)，并采用XRD、SEM、半導(dǎo)體參數(shù)分析儀、鐵電分析儀、震動樣品磁強計等對樣品的微觀結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能進(jìn)行了分析。實驗數(shù)據(jù)表明，Bi3.15Nd0.85T