锰掺杂bifeo-%2c3-铁电薄膜制备和性能的研究

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1、济南大学硕士学位论文摘要作为一种无铅的多铁性材料，BiFe03(BFO)由于其在室温下同时存在铁电性和反铁磁性，引起了人们的极大的兴趣。具有优异性能的多晶和外延的BFO薄膜已被激光脉冲沉积，磁控溅射以及化学气相沉积法制备成功，其剩余极化强度(只)达到了100gC／cm2。然而，对于金属有机分解法(MOD)，在室温下具有大的剩余极化强度(胗60J-tC／cm2)的饱和电滞回线的BFO薄膜一直没有被成功制备出来，这主要是因为，采用MOD法制备的BFO薄膜的漏电流密度较高并且矫顽场较大。因此，如何控制漏电流和降低矫顽场是提

2、高BFO薄膜性能并使其能在器件中应用的关键问题。离子掺杂，包括Bi位上掺杂镧系元素和Fe位上掺杂过渡族元素，被报道能有效的改善BFO的漏电问题，并能在一定程度上降低BFO薄膜的矫顽场。本论文采用镨(Pr)和锰(Mn)为掺杂元素，从制备工艺，缺陷，结构与性能之间关系等方面对MOD制备的BFO基铁电薄膜进行了系统的研究。主要研究内容如下：1，研究了在BFO的Fe位上掺入Mn离子对其结构和性能的影响，结果表明：(1)随着Mn掺杂量的增加，薄膜的(012)峰的相对强度逐渐增加，(024)峰逐渐向高角度移动。(2)Mn的掺杂会

3、抑制BFO的晶粒的生长。(3)随着Mn含量的增加，薄膜的漏电流密度逐渐增加。(4)与BFO中的Fe2+含量相比，Mn的掺杂能有效的抑制Fe2+离子的产生。(5)5％Mn掺杂的BFO薄膜具有较好的铁电性能，其剩余极化和矫顽场分别为75+3}tC／cm2和380d：5kV／cm。(6)尽管Mn的掺杂会使BFO从菱方相向四方相转变，但在Mn含量小于7％的BFO中，自发极化方向依然是接近体对角线。2，讨论了退火方式(即，逐层退火工艺和传统退火工艺)对5％Mn掺杂的BFO薄膜的电学性能的影响。发现：(1)采用逐层退火沉积的薄膜

4、的致密度较好。(2)与采用传统退火工艺沉积的薄膜相比，逐层退火制备的薄膜具有较大剩余极化强度，但其矫顽场表现出明显的非对称性。(3)通过对比研究两种退火方式制各的薄膜的电滞回线，发现薄膜中应力引发的铁电畴的取向择优是非对称矫顽场出现的起因。薄膜在热处理过程中的老化使得矫顽场的非对称变得更III锰掺杂的BiFeO，铁电薄膜的制备与性能研究加严重。3，系统研究了Pr掺杂(掺量为10％．20％)对BiFeo．95Mno．0503薄膜电学性能的影响，实验结果表明：(1)在14％Pr掺杂的BiFeo．95Mno．0503薄膜中

5、观测到最大的剩余极化强度和介电常数。(2)当Pr的掺杂量高于16％时，薄膜表现出双电滞回线的特征。(3)由于Pr掺杂引起的晶格的畸变，准同晶相界有可能在14+1％的Pr掺量的BiFeo．95Mno．0503薄膜中出现。关键词：铁电薄膜，BiFe03，剩余极化，矫顽场，印记行为IV济南大学硕士学位论文ABSTRACTBiFe03(BFO)，asalead—freemultiferroicmaterial，hasarousedgreatinterestduet0itssimultaneousexhibitionoffer

6、roelectricityandantiferromagnetismatroomtemperature．Superiorferroelectricpropertieswitlltheremanentpolarizations㈣ofabout100pC／cmzhavebeenobservedinpolycrystallineandepitaxialBFOfilmsdepositedusingpulsed—laserdeposition，spuReringandmetalorganicchemicalvapordepos

7、ition．FortheBFOfilmspreparedusingmetalorganicdecomposition(MOD)，itisdifficulttoobservethesaturatedpolarization-electricfield(e-目hysteresisloopswiththePrvaluesabove60laC／cm2．ThisshouldbeduetothattheMODderivedBFOfilmshavethehiperleakagecurrentdensitiesandthelarge

8、rcoercivefields．Therefore，howtocontrolleakagecurrentandlowercoercivefieldarethecdticalfactorstoenhancetheferroelectricpropertiesoftheBFOfilmsandfortheapplicationsofBFOindevi