bifeo3薄膜的制备及其铁电性能研究

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1、学大工理汉武学大工理汉武PMN/EP（申请工学硕士学位论文）复BiFeO合材3料薄的膜制的备制BiFeO3薄膜的制备及其铁电性工备艺及及其能研究其铁性电能性研能究研究郭姗姗培养单位：材料科学与工程学院何武慧汉学科专业：材料学敏理工大研究生：郭姗姗学指导教师：孙华君副教授武汉理工大2014年5月学万方数据分类号密级UDC学校代码10497学位论文题目BiFeO3薄膜的制备及其铁电性能研究英文题目SynthesisandferroelectricpropertiesofBiFeO3thinfilms研究生姓名郭姗姗指导教师姓名孙华君职称副教授学

2、位博士单位名称武汉理工大学邮编430070申请学位级别工学硕士学科专业名称材料学论文提交日期2014年5月论文答辩日期2014年5月学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席评阅人2014年5月万方数据独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：学

3、位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人承诺所提交的学位论文（含电子学位论文）为答辩后经修改的最终定稿学位论文，并授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导师（签名）：日期：万方数据摘要在当今高速发

4、展的信息社会，信息存储器件对材料提出了更高的要求。对于高密度铁电随机存储器（FeRAM）来讲，BiFeO3是一个非常有发展前景的材料。2BiFeO3的铁电居里转变温度为1104K，剩余极化值（Pr）高达100μC/cm，而且是一种环境友好型材料。研究发现，由于外延应力导致的晶格畸变及点阵常数的微小改变，BiFeO3薄膜形态的剩余极化比块体材料高出一个数量级。同时，由于器件小型化及集成化的发展要求，BiFeO3薄膜得到了广泛的关注。但是由于Fe的价态波动以及氧空位的产生导致的大的漏电流，使得BiFeO3薄膜目前的性能状况与应用要求之间有较大差

5、距。本文从BiFeO3薄膜的制备入手，研究并优化了制备工艺，在此基础上通过3+Cr掺杂改性的方法，优化了BiFeO3薄膜的铁电性能，主要研究结论如下：1.采用溶胶-凝胶法制备BiFeO3薄膜，研究了溶胶配制工艺、匀胶工艺、热处理工艺对BiFeO3薄膜结构、形貌及性能的影响，获得了BiFeO3薄膜溶胶-凝胶法制备的最佳工艺。溶胶浓度控制为0.20mol/L，采用逐层退火方式600℃退火，制备的BiFeO3薄膜为纯相，呈R3c空间群结构，薄膜致密呈柱状结构生长。2.研究了Cr掺杂对BiFeO3薄膜结构及性能影响。Cr掺杂导致了BiFeO3薄膜由

6、Rc3到Rm3的晶体结构转变；同时由于Cr作为异质成核中心及对晶界的钉扎作用，Cr掺杂BiFeO3薄膜具有更小的晶粒尺寸；在对Cr掺杂BiFeO3薄膜进行漏电流测试中发现，Cr掺杂BiFeO3薄膜的漏电流密度要明显低于BiFeO3薄膜，其中Cr掺杂量为2%时样品具有最低的漏电流密度：在180kV/cm的电场强度下，-42漏电流密度为2.4×10A/cm，比未掺杂BiFeO3薄膜的漏电流密度低两个数量级；在对Cr掺杂BiFeO3薄膜进行电滞回线测试中发现，Cr掺杂明显提高了BiFeO3薄膜的铁电性能，其中当Cr掺杂量为4%时，薄膜具有最大的剩

7、余极化2值（2Pr∼63.88µC/cm）。3.为探究BiFeO3薄膜中的漏电起源，本文对Cr掺杂BiFeO3薄膜的漏电机制进行了数学拟合分析，确定了Cr掺杂BiFeO3薄膜的漏电机制。发现在低电场强度下，薄膜的漏电流由欧姆导电机制主导；而在高电场强度下，薄膜的漏电流由Fowler-Nordheim隧道效应主导。关键词：BiFeO3薄膜，溶胶-凝胶法，Cr掺杂，铁电性能，漏电机制I万方数据AbstractOccupyinganimportantpositioninthemodernsociety,informationstoragedevi

8、cesputforwardahigherrequestformaterial.BiFeO3isapromisingferroelectricmaterialforhigh-den