文档介绍：烟台大学
硕士学位论文
铁酸铋薄膜结构和性能研究
姓名:张道明
申请学位级别:硕士
专业:无线电物理
指导教师:吴现成
2011-04
摘要
多铁材料同时自发地具有铁电性、铁磁性或铁弹性,这些性质在一定条件下相互耦合,
极大改变了多铁材料的性能。人们发现铁酸铋的居里温度 Tc =820K 和奈尔温度 TN=643K
远在室温之上,在同一相中同时具有铁电有序和反铁磁有序,这样可以用外加电场控制反铁
磁畴,提高磁性或者用外加磁场控制铁电畴,提高极化强度,所以它已成为一个研究的热点。
以金属硝酸盐和柠檬酸作为原料,通过调节 PH 值,热处理工艺,通过 Pechini 法,可以制
备纯相铁酸铋。为了进一步消除杂相,提高铁酸铋的性能,Sung . 等人系统研究了多
相 Bi-Fe-O 薄膜中α-Fe2O3 和γ- Fe2O3 存在对纯相铁酸铋的影响。
本文主要用磁控溅射法制备铁酸铋薄膜,通过改变溅射时间,改变薄膜的厚度,溅射
功率和更换衬底,然后观察和研究薄膜的结构和铁电性、磁性、介电性及漏电电流的性质。
为了提高其性能,我们又采用改变氧分压,结果发现薄膜晶化程度更高,晶粒尺寸均匀、
稳定,而且氧偏压会对薄膜产生不同影响,适当偏压可大大降低制备铁酸铋时出现的杂相。
为了更好的提高铁酸铋薄膜的性能,我们用磁控溅射的方法制备铁酸铋/钴/ 铁酸铋异质结
构薄膜,在 208℃以下相为斜方六面体结构,208℃到 600℃之间时相为立方相结构,600
℃以上为准立方相结构。在铁酸铋/钴/铁酸铋薄膜中随着钴层厚度的增加抗铁磁相(反铁
磁相)逐渐向铁磁相转变。当钴层厚度为 10nm 时铁磁畴不能形成完全的磁滞回线。当钴
层厚度为 50nm 时薄膜所形成的闭合的磁滞回线,并且钴层厚度增加使得饱和磁场强度的
值也明显提高,这与薄膜中形成强的铁磁畴有关。铁酸铋/钴/ 铁酸铋薄膜展示了厚度、频
率弛豫相关的性质。随着钴厚度的增加其介电常数也会发生变化。钴层厚度为 50nm 时,
介电常数达到最大值 125,频率增加时介电常数的值下降平缓近似不变。
关键词: 铁电性;铁磁性;压电性;异质结构

I
Abstract
Multiferroic materials simutaneously show spontaneous ferroelectric,ic and
ferroelastic which couple reciprocally at ambient it can largely change properties
and functions of multiferroics. BiFeO3 has e a hot sport due to Neel’s
temperature(TN=643K)and Curie’s temperature(Tc=820K) above the room in the
same phase BiFeO3 shows simutaneously ferroelectric order and ic order leading to
electric-field (ic-field) control of ic domain (ferroelectric domain ) to
improve ization(polarization) . By using citric acid and metal nitrates as feedstocks and
adjusting the bath pH, by technology for heating processing and using Pechini method,
single-phase BiFeO3 can be prepared. In order to eliminate the coarse second phases and improve
BiFeO3 performance, α-Fe2O3 and γ- Fe2O3 of multi phases in Bi-Fe-O film effect on
single-phase BiFeO3 by Sung . et al system research.
In the paper we have grown BiFeO3 film by radio frequency observe and study
ferroelectr