BiFeO3基薄膜的制备及光电性能研究

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1、分类号TN253学号2015X08030004学校代码10513密级硕士学位论文(学术学位)BiFeO3基薄膜的制备及光电性能研究作者姓名：刘锐一级学科：光学工程二级学科：光电子材料指导老师：王秀章教授答辩日期：2018年5月19日AThesisSubmittedinFulfillmentofRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceinOpticalEngineeringPreparationandphotoelectricpropertiesofBiFeO3-basethinfilmsCandidate:RuiLi

2、uMajor:OpticalEngineeringSupervisor:Prof.XiuzhangWangHubeiNormalUniversityHuangshi435002,P.R.ChinaMay,2018摘要BiFeO3是少有的在室温下同时具有铁电性和铁磁性的多铁性材料。但BiFeO3薄膜存在着漏电流较大的问题，原因主要是以下两点：一是Bi元素非常不稳定，通常会在薄膜沉积和退火的阶段中与膜内的氧元素结合而挥发，导致铋、氧空位的出现，在外加电场的作用下它们作为空间电荷会发生定向移动而导致薄3+2+膜的漏电流增大；二是Fe化合价比较容易产生波动转变成Fe

3、，它们之间会有3+电子转移发生从而形成电流，除此之外，Fe化合价的变化也会诱发氧空位产生而使薄膜漏电流增大；本论文研究了稀土掺杂替代BiFeO3中的Bi原子和用半导体氧化物ZnO复合BiFeO3薄膜对其漏导的影响，同时研究它们的电学性质和光学性质。采用溶胶-凝胶方法分别在Pt/Ti/SiO2/Si衬底和FTO/glass衬底上制备了Bi1-xGdxFeO3(x＝0.00、0.05、0.10、0.15)薄膜。研究了室温下薄膜的介电、铁电性质、漏电流性质及光学性质。漏电流特性测试表明，Gd替代有效的限制了BiFeO3薄膜的漏电流。铁电性研究表明，通过适量(x=0

4、.05)Gd替代，Pt/Ti/SiO2/Si衬底和FTO/glass衬底上所制备的Bi1-xGdxFeO3薄膜的铁电性均得到增强，其剩-2-2余极化强度2Pr分别为115µC·cm和170µC·cm。采用溶胶-凝胶法在FTO/glass基底上制备ZnO/BiFeO3复合薄膜。研究了复合薄膜的漏电流、I-V特性和光学性质。与纯BiFeO3薄膜相比，ZnO/BiFeO3薄膜的漏电流得到了明显的改善。I-V测试结果表明，复合薄膜显示出了明显的二极管效应。光电测试表明，复合ZnO/BiFeO3薄膜具有明显的光伏效应。关键词:铁酸铋；氧化锌；溶胶-凝胶法；铁电性；光电

5、性能IAbstractBiFeO3isakindofmultiferroicmaterialthathasbothferroelectricandferromagneticpropertiesatroomtemperature,butthehigherleakagecurrentisstilltheprimaryproblemfacedbyBiFeO3.Severalreasonsresultinthischallenge:(1)Bismuthisveryunstable.Duringtheprocessoffilmdepositionandannealin

6、g,bismuthoftencombineswithoxygeninthefilmandthenvolatilizes,leavingvacanciesofbismuthandoxygenservedasspacescharges.Asthesespacechargescouldmoveinthedirectionoftheappliedelectricfield,theleakagecurrentoffilm3+2+increases;(2)Feisunstable,whichtendstochangeintoFe.Theelectrontransferd

7、uringthisprocessgeneratescurrent.Moreover,oxygenvacanciesinducedbyvalencechangeofironionscouldalsoincreaseleakagecurrents.Inthispaper,dopingofbismuthbyrareearthelementsinBiFeO3isexplored.TheeffectofZnObyformingZnO/BiFeO3thinfilmsonleakageisinvestigated.Besides,theelectricalandoptic

8、alpropertiesofthesefilmsar