Fe摻雜及磁性離子基團植入對鉍層狀薄膜電磁性能的影響.pdf

1、鐵電材料和多鐵材料由于具有豐富的物理背景以及巨大的應用前景，成為最近幾年國際上凝聚態(tài)物理研究的熱點問題。但是，對應用于鐵電存儲器和鐵電磁體存儲器的材料，都或多或少的存在著缺點，綜合性能還不能完全滿足要求。因此優(yōu)化選擇鐵電材料以及鐵電磁體材料仍然是目前關于鐵電存儲器和鐵電磁體存儲器研究的一個熱點。所以尋找綜合性能優(yōu)良的材料并對其進行改性研究對加速鐵電材料和鐵電磁體材料的實際應用有著重要意義。 針對SrBi4Ti4O15(SBTi)

2、鐵電薄膜的鐵電性能始終不能滿足實際應用需要的問題，本文對其進行了A位摻雜改性研究，并對其改性原因進行了闡述；對于最有希望得到應用的多鐵材料BiFeO3(BFO)大的漏電流和弱的鐵磁性等問題，本文嘗試通過將其植入層狀鈣鈦礦材料BIT中形成四層鈣鈦礦材料Bi5FeTi3O15(BFTO)，利用BIT中鉍氧層所具有的空間電荷庫和絕緣層的作用來降低多鐵材料的電導，改善其漏流行為，并通過對BFTO摻雜磁性Co3+離子來挖掘出層狀薄膜材料的磁性能。

3、主要成果如下： 1.首次利用溶膠-凝膠方法成功制備了Fe摻雜SBTi簿膜。利用X-ray衍射研究了薄膜樣品的微觀結構，發(fā)現(xiàn)Fe摻雜并沒有改變SBTi薄膜的微觀結構。隨著外加電場的增加，矯頑場(Ec)和剩余極化值(Pr)呈先增加后減少趨勢。當Fe摻雜含量為5％、最大外加電場為229 kV/cm時，薄膜樣品的剩余極化(2Pr)值高達91.1μC/cm2，對應的矯頑場為72 kV/cm。剩余極化2Pr值提高了近260％且矯頑場Ec減小

4、了約6％。顯然，適量的Fe摻雜極大地提高了SrBi4Ti4O15薄膜樣品的鐵電性能。但是當Fe摻雜含量為5％時，薄膜樣品的抗疲勞性能并沒有得到改進。本文中，我們對其鐵電性能改進的原因及其疲勞機制進行了詳盡的闡述。 2.首次利用金屬有機物分解法將磁性離子團植入鉍層狀材料BIT中，成功制備出了四層層狀鈣鈦礦結構的Bi5FeTi3015(BFTO)薄膜，并利用X-ray衍射，原子力顯微鏡和場發(fā)射掃描電子顯微鏡分別研究了薄膜樣品的微觀結

5、構，表面形貌及其斷面。在最大外加電場為570 kV/cm時，薄膜的剩余極化2Pr和矯頑場Ec達到了最大值，分別為35.5μC/cm2和171 kV/cm，但是樣品的抗疲勞性能沒有得到改進，薄膜的漏電流在低電場下(<28 kV/cm)隨外電場線性上升，歐姆傳導機制在起主要作用，在外電場從~50 kV/cm逐步增加到~200 kV/cm時，漏電流和外場的函數(shù)擬合InJ-E1/2呈現(xiàn)很好的線性關系，表明傳導機制主要是Schottky發(fā)射電流機

6、制。 3.首次利用金屬有機物分解法成功制備了Co摻雜Bi5FeTi3O15(BFTO)薄膜。并利用X-ray衍射，原子力顯微鏡和環(huán)境掃描電子顯微鏡分別研究了薄膜樣品的微觀結構，表面形貌及其斷面。鐵電性能和疲勞特性能研究表明，在最大外加電場為547 kV／cm時，薄膜的剩余極化2Pr值和矯頑場Ec值分別為62μC/cm2和142kV/cm。在頻率為50 kHz的疲勞測試條件下，經(jīng)過1.1×109讀寫周期，薄膜的反轉極化和非揮發(fā)極化