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BiFeO_3靶材及薄膜的制备与性能研究

作　者: 刘心明
导　师: 于军
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 铁酸铋多铁材料射频磁控溅射 Dy掺杂 Ti掺杂
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

多铁材料同时具有铁电有序和铁磁有序两个自由度,并能产生磁电耦合效应,因而在新型存储材料、复合器件、传感器和自旋电子器件等方面具有广阔的应用前景。BiFeO₃（BFO）是少数几种在室温下同时具有铁电性和铁磁性的单相多铁材料之一,因而近年来成为人们研究的热点。本论文对BFO系列陶瓷和薄膜进行了较为系统的研究,主要开展了以下几方面的工作:针对BFO因对温度的敏感性而难以获得纯相的陶瓷和薄膜的问题,我们比较研究了各种陶瓷烧结方法,发现改进的固相反应法对BFO陶瓷成相最优,并最终确定了靶材的最佳烧结温度和时间,分别为850℃和20min,引入掺杂离子后烧结温度有所提高。同时优化了薄膜的射频磁控溅射制备工艺,获得了最佳的工艺参数,制备了性能良好的纯相BFO薄膜样品。BFO样品中,因Bi元素的挥发及Fe离子的价态波动而常常导致大的漏电流,进而严重影响其铁电、介电性能。掺杂被公认为是解决这一问题的有效方法。我们尝试了采用上述优化的样品制备工艺,进行A位Dy掺杂,B位Ti掺杂,及AB位Dy-Ti共掺杂的研究,来改善BFO陶瓷及薄膜样品的性能,效果良好。将纯BFO及掺杂量为5%,10%,20%的样品放在一起,比较了掺杂对陶瓷和薄膜微观结构及宏观性能的影响,确定了最佳的掺杂比例。对于Dy掺杂的BDFO样品,掺杂量为10%时,陶瓷和薄膜显示了最优的铁电和介电性能;对于Ti掺杂的BFTO样品,掺杂量为5%的陶瓷样品性能最优,而掺杂量为10%的薄膜样品性能最优;Dy-Ti共掺杂的BDFT样品铁电性能良好,但介电难耐高频。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-22
  1.1 多铁材料的基本性质及分类  9-13
  1.2 BiFe0_3 及其研究现状  13-17
  1.3 BiFe0_3 薄膜的制备方法与理论基础  17-19
  1.4 本论文研究目的和主要内容  19-22
2 BiFe0_3的制备工艺与性能研究  22-38
  2.1 引言  22
  2.2 BiFe0_3 陶瓷的制备和性能表征  22-32
  2.3 BiFe0_3 薄膜的制备和性能表征  32-37
  2.4 本章小结  37-38
3 A 位Dy 掺杂对BiFe0_3电性能的影响  38-51
  3.1 BiFe0_3 的A 位掺杂机理  38-39
  3.2 BDFO 陶瓷及薄膜样品的制备  39
  3.3 A 位Dy 掺杂BiFe0_3 陶瓷的性能研究  39-46
  3.4 A 位Dy 掺杂BiFe0_3 薄膜的性能研究  46-50
  3.5 本章小结  50-51
4 B 位Ti 掺杂对BiFe0_3电性能的影响  51-60
  4.1 BiFe0_3 的B 位掺杂机理  51
  4.2 BFTO 陶瓷及薄膜样品的制备  51-52
  4.3 B 位Ti 掺杂BiFe0_3 陶瓷的性能研究  52-54
  4.4 B 位Ti 掺杂BiFe0_3 薄膜的性能研究  54-59
  4.5 本章小结  59-60
5 AB 位Dy-Ti 共掺杂对BiFe0_3电性能的影响  60-66
  5.1 BiFe0_3 的AB 位共掺杂机理  60
  5.2 BDFT 陶瓷样品的制备  60
  5.3 BDFT 陶瓷样品性能测试与表征  60-65
  5.4 本章小结  65-66
6 全文总结  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-74
附录1 攻读硕士学位期间发表的主要论文  74

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