bi4ti3o12基铁电单晶中a分量90°畴与畴壁可动性的原位观察研究

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1、分类号： o483                                     密级： UDC：   538.9                                      学校代码： 11065硕士学位论文BiTiO基铁电单晶中a分量90°畴4312与畴壁可动性的原位观察研究李华兵指导教师卢朝靖教授学科专业名称物理学论文答辩日期2016年5月31日万方数据摘要含Bi层状钙钛矿型铁电体Bi4Ti3O12居里温度高，自发极化Ps大且靠近a轴，但披金属电极时Bi4Ti3O12铁电薄

2、膜易疲劳，阻碍了其在铁电存储器方面的应用。近年研究发现，部分稀土元素取代Bi的Bi4Ti3O12薄膜，如Bi3.15Nd0.85Ti3O12薄膜，披金属电极时极化开关耐疲劳，是实现铁电存储器应用的最佳材料之一。畴结构与畴壁的可动性是理解铁电材料电学特性的关键，为揭示Bi4Ti3O12易疲劳而Nd部分取代Bi的Bi4Ti3O12薄膜耐疲劳的微观机制，很有必要观察比较它们的畴结构及畴壁可动性。本文用光学显微镜观察比较了Bi4-xNdxTi3O12(BNdT,x=0,0.25,0.4)铁电单晶中的a分量90°

3、畴结构，原位观察了外场作用下畴壁可动性，总结了不同Nd含量对Bi4Ti3O12基铁电单晶中a分量90°畴结构及畴壁可动性的影响规律。采用助溶剂法长出厚度在0.1∼0.4mm薄片状的Bi4-xNdxTi3O12(x=0,0.25,0.4)铁电单晶，随着Nd含量的增加，单晶由黄色转变为紫红色。测量了Bi4Ti3O12基单晶沿c轴方向的电滞回线、漏电流和介电频谱。结果表明，随着Nd含量增加，其剩余极化值逐渐减小、漏电流逐渐降低、介电常数和损耗也逐渐降低。还测量了Bi4Ti3O12单晶退火后的电滞回线和漏电流，

4、发现其剩余极化值和漏电流均增加。用光学显微镜沿c轴方向观察了Bi4Ti3O12基单晶中a分量90°畴结构及畴壁的可动性。结果表明，Bi4Ti3O12单晶中90°畴呈厚度不规则的薄片状，畴壁近乎平直，平行于<110>方向。BNdT单晶中90°畴变薄，畴壁密度变高。研究了退火对Bi4Ti3O12基单晶中90°畴结构的影响，其在空气中800°C退火后，Bi4Ti3O12单晶中的90°畴壁明显减少，而BNdT单晶中的90°畴壁密度几乎不变。最后，用光镜原位观察了Bi4Ti3O12基单晶中a分量90°畴壁在外电场

5、下的动力学演变，包括90°畴壁的迁移以及新畴的形核长大，发现BNdT单晶中的90°畴壁可动性比Bi4Ti3O12单晶弱，其新畴的形核密度也比Bi4Ti3O12单晶低。关键词：铁电体；钛酸铋；畴结构；畴壁可动性；原位观察I万方数据AbstractBismuthtitanate(Bi4Ti3O12),whichbelongstothefamilyofbismuthlayer-structuredferroelectrics,haslargespontaneouspolarizationmainlyalong

6、thea-axis(Ps(a))andhighCurietemperature.However,Bi4Ti3O12filmsrevealpolarizationfatigueonmetalelectrodethathampersitsapplicationofnonvolatilememories.Recentstudieshavefoundthatrare-earth-elementssubstitutedBi4Ti3O12films(Bi3.15Nd0.85Ti3O12)showahighfatig

7、ueendurance,whichareoneofthebestmaterialstorealizetheapplicationofferroelectricmemories.Thedomainstructuresandmobilityofdomainwallsarethekeytounderstandtheelectricalpropertiesofferroelectricmaterials.InordertorevealfatiguemechanismforBi4Ti3O12andNdsubsti

8、tutedBi4Ti3O12,itisnecessarytoinvestigateandcomparetheirdomainstructuresanddomainwallsmotion.Therefore,thedomainstructuresanddomainwallsmotionofBi4-xNdxTi3O12(BNdT,x=0,0.25,0.4)singlecrystalswereinvestigatedbyusingopticalm