典型的鐵磁、鐵電氧化物薄膜界面分析與界面控制方法的研究.pdf

1、電子科技大學博士學位論文典型的鐵磁、鐵電氧化物薄膜界面分析與界面控制方法的研究姓名：黃文申請學位級別：博士專業(yè)：材料物理與化學指導教師：李言榮20081201摘要使薄膜晶胞畸變，逐層釋放應變；壓應力通過改變薄膜界面結(jié)構(gòu)來釋放應力。通過應力調(diào)制作用，首次在應變的CFO／STO體系中得到明顯的磁晶各向異性。垂直方向(【001】)和水平方1句([100]／[010])的剩余磁化強度(Mr)分別為190emu／cm3和150e硼比In3，垂直與

2、水平方向的矯頑場差異達到3倍以上。另一方面，利用界面應力調(diào)制BaTi03(BTO)ICFO／NbSTO異質(zhì)外延薄膜微結(jié)構(gòu)，深入的研究了界面應力對復合異質(zhì)薄膜鐵電、鐵磁性能的影響。首次通過X射線倒易空間掃描圖精確獲得BTo／CFO內(nèi)晶格常數(shù)，并利用晶格常數(shù)方法計算得到隨BTO厚度變化的殘余應力分布狀態(tài)，初步建立了多元氧化物異質(zhì)外延薄膜有序結(jié)構(gòu)中應力分布及弛豫模型。電性能測試表明BTO／CFO／S1D異質(zhì)外延體系中張應力的釋放有利于鐵電性的

3、恢復。其次，采用激光脈沖沉積方法，從界面熱力學角度系統(tǒng)研究了Pb(ZrlxTix)03(PZT)鐵電薄膜在不同氧化物基片上取向外延生長行為及其界面特性。利用界面雙晶外延生長機理實現(xiàn)了PZT薄膜在MgO(100)基片pA010)面取向外延生長。另外，從晶化動力學角度系統(tǒng)研究了后退火工藝中界面反應對PZT多晶薄膜擇優(yōu)取向生長的影響。通過改變升溫速率有效控制PZT薄膜在界面異質(zhì)成核并以(111)面擇優(yōu)生長，繪制出擇優(yōu)取向生長相圖，并研究了不同

4、取向PZT薄膜的電性能差異。最后，采用LMBE技術(shù)，以STO緩沖層實現(xiàn)BTO鐵電薄膜在GaAs基片上c向外延生長，并對這種大晶格失配體系的界面控制方法進行了深入研究。根據(jù)近重位點陣生長機理，STO晶格通過面內(nèi)450旋轉(zhuǎn)以減小與GaAs晶格失配。TEM界面研究發(fā)現(xiàn)這種非共格界面生長關(guān)系造成STO出現(xiàn)高位錯密度界面層，且位錯延伸至BTO內(nèi)導致性能退化。首次利用臨界厚度效應生長低于臨界厚度的STO彈性應變界面層，獲得STO緩沖層最優(yōu)生長厚度為

5、1216ML之間。此時BTO受到STO緩沖層面內(nèi)壓應力，在均勻應變的STO表面以層狀模式外延生長形成應變異質(zhì)結(jié)，從而在原子尺度改善了BTO／STO／GaAs異質(zhì)結(jié)界面結(jié)構(gòu)。電性能測試表明Pt／BTO／STO／GaAs應變異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出良好的極化特性，2Pr為651xC／cm2，：I：5V偏壓下漏電流低于4x10。6A／cmz，較文獻報道同類GaAs基異質(zhì)結(jié)有顯著提升，達到器件應用要求。關(guān)鍵詞：鐵電薄膜，鐵磁薄膜，激光分子柬外延，界面結(jié)構(gòu)，