Dy^(3+)掺杂BiFeO_3薄膜的晶格转变和磁性能研究(英文)

以硝酸铋、硝酸铁以及硝酸镝等无机硝酸盐为原料通过化学液相法在Pt(111)/Ti/SiO2/Si上制备了Dy3+掺杂的BiFeO3薄膜,研究了Dy3+掺杂量的变化对Bi1-xDyxFeO3薄膜的晶体结构和磁性的影响。Dy3+掺杂量不高于10%的Bi1-xDyxFeO3薄膜可以得到与纯BiFeO3相同的晶体结构。随着Dy3+掺杂量的进一步增大,Bi1-xDyxFeO3薄膜的晶体结构发生变化,晶格从菱心结构转变为单斜或四方结构。磁性测试显示:随着Dy3+掺杂量的增加Bi1-xDyxFeO3薄膜的磁性增强,同时从无饱和磁化强度和零磁滞的S型磁化曲线的形状判断,薄膜由于铁磁反铁磁转变时两磁性相竞争表现出自旋玻璃态的特征。

磁控溅射法制备多晶BiFeO_3薄膜

通过磁控溅射法在单晶Si(100)基片上生长了不同厚度的BiFeO_3多晶薄膜,对样品的结构、形貌、磁性进行研究。结果表明,通过改变溅射时间,影响薄膜微观结构。样品薄膜具有平整的表面。室温下,样品呈现反铁磁有序。

沉积温度对磁控溅射BiFeO3薄膜结构和性能的影响

应用磁控溅射法在以SrRuO3(SRO)薄膜为缓冲层的Pt/TiO2/SiO2/Si(001)基片上制备了多晶BiFeO3(BFO)薄膜,构架了SRO/BFO/SRO异质结电容器。采用X射线衍射、铁电测试仪等研究沉积温度对BFO薄膜结构和性能的影响。X射线衍射图谱显示BFO薄膜为多晶结构。在2.5 kHz测试频率下,500℃生长的BFO薄膜呈现比较饱和的电滞回线,2Pr为145μC/cm2,矫顽场Ec为158 kV/cm,漏电流密度约为2.4×10-4A/cm2。漏电机制研究表明,在低电场区,SRO/BFO/SRO电容器满足欧姆导电机制,在高电场区,满足普尔-弗兰克导电机理。实验发现:SRO/BFO/SRO电容器经过109翻转后仍具有良好的抗疲劳特性。

BiFeO_3薄膜研究进展

BiFeO3是少数的在室温下同时具有铁磁性和铁电性的铁磁电材料之一,在信息存储、传感器和自旋电子器件等方面都有潜在的应用前景。本文通过对BiFeO3薄膜的结构、磁性起源、制备工艺和应用领域等方面的综述,提出并设计了水热法和仿生法这两种新的制备BiFeO3薄膜的湿化学方法,并展望了BiFeO3薄膜今后的研究和发展趋势。

退火温度对Sol-gel法制备的BiFeO3薄膜结构及电性能的影响

采用溶胶-凝胶法在ITO/glass衬底上制备了BiFeO3薄膜,退火温度分别为500℃和550℃。实验结果表明,550℃退火的薄膜晶粒较大且不均匀,并有杂相产生,薄膜的漏电流较大,没有得到饱和的电滞回线;而在500℃退火的薄膜晶粒较小且均匀,没有杂相产生,相对于550℃退火的薄膜,其漏电流密度降低了约2个数量级,铁电性得到明显增强,剩余极化强度约为40μC/cm2,矫顽场约为75kV/cm,最大的测试电场为130kV/cm。

多孔BiFeO_3薄膜的光伏效应研究

采用溶胶-凝胶法,在不同退火温度下在FTO/玻璃衬底上制备了多孔BiFeO3薄膜并对薄膜的光伏特性进行了研究。结果表明,在450-600℃退火的薄膜,均呈高度（100）择优取向;所有薄膜均为多孔薄膜,450℃、500℃、550℃和600℃退火的薄膜的孔径大小分别为2μm,2μm,6μm和1μm。孔隙的出现与加入乙醇胺的量直接相关,同时能够增强对光的吸收。450℃、500℃、550℃和600℃退火的薄膜的光学带隙分别为2.31 eV,2.50 eV,2.51 eV,和2.62 eV,所有光学带隙显著低于通常报道的结果。450℃与500℃退火的BiFeO3薄膜具有较强的光电导效应,而600℃退火的BiFeO3薄膜具有较强的体光伏效应。BiFeO3薄膜中的体光伏效应来自铁电极化产生的内建电场。

退火工艺对液相自组装法制备BiFeO_3薄膜的影响

以Bi(NO3)3.5H2O,Fe(NO3)3.9H2O和柠檬酸为主要原料,采用液相自组装法,以OTS单分子层为模板,在ITO玻璃基片上成功制备了BiFeO3晶态薄膜。研究了退火温度以及保温时间对BiFeO3薄膜的影响。利用DSC/TG对铁酸铋前驱物结晶行为进行了表征,利用XRD和FE-SEM等测试手段对不同退火工艺下制备的BiFeO3薄膜进行了物相和表面形貌的表征。结果表明,BiFeO3晶态薄膜的结晶转变温度在440℃左右;实际上在550℃退火2h的条件下得到了纯相BiFeO3薄膜,薄膜表面致密,晶粒发育完整,尺寸均匀,无明显缺陷;退火温度过高,会导致杂相生成,晶粒异常长大;保温时间过长,会导致BiFeO3高温分解。

底电极对BiFeO3薄膜电性质的影响

用溶胶-凝胶方法在LaNiO3,ITO和Pt底电极上制备了BiFeO3(BFO)薄膜。薄膜的退火温度为550℃。对不同底电极上的BFO薄膜的结构、形貌、铁电性、介电性和漏电流特性进行了研究。XRD研究表明不同底电极上的BFO薄膜呈不同的取向。所有的薄膜都没有观察到不纯相。剖面扫描电镜研究表明薄膜的厚度为350 nm。铁电性测试表明在128 kV/cm的测试电场下LaNiO3底电极上的薄膜的剩余极化强度最大,为3.31μC/cm2。而ITO和Pt底电极上的BFO薄膜的剩余极化强度分别为2.07μC/cm2与2.76μC/cm2。此外,漏电流的研究表明在ITO底电极上的BFO薄膜的漏电流最小。

化学溶液沉积法制备自取向BiFeO_3多铁薄膜

通过化学溶液沉积法在氧化铟锡(ITO)/导电玻璃上生长了BiFeO3多晶薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)、磁性测量系统(MPMS)和铁电测试仪对样品的结构、形貌、元素价态、铁磁性和铁电性进行研究.结果表明,薄膜为自取向生长,具有良好的[101]生长取向和平整的表面.室温下,样品呈铁磁性,沿样品取向方向为易磁化轴方向.铁电测试结果表明,其饱和电极化强度达到51.3μC/cm2.

pH值对液相自组装法制备纯相BiFeO_3薄膜的影响

采用液相自组装法,Bi(NO3)3.5H2O,Fe(NO3)3.9H2O为原料,柠檬酸为螯合剂,以OTS单分子层为模板,在ITO玻璃基片上成功制备了BiFeO3晶态薄膜。研究了前驱液pH值对BiFeO3薄膜的影响。利用XRD,EDS和SEM等测试手段对在不同pH值下沉积的BiFeO3薄膜进行了表征。结果表明,由于Bi 3+络合物比Fe3+络合物的成核速率快,在pH值为1.5,Fe3+/Bi3+摩尔比为2.6时得到了纯相BiFeO3薄膜;随着pH值的增大,需要增大前驱液中Fe3+/Bi 3+摩尔比才能得到纯相BiFeO3薄膜;该工艺制备BiFeO3薄膜适宜的pH值范围为1.50～1.65,在这个范围内沉积的BiFeO3薄膜都很致密。

化学液相法制备BiFeO_3薄膜

以硝酸铋、硝酸铁以及柠檬酸为原料通过化学液相法在普通载玻片、(100)Si片和(100)ITO玻璃上分别制备了不同厚度的BiFeO3薄膜,研究了热处理温度对BiFeO3的形成以及微观形貌的影响。Si片上的薄膜由于与衬底之间的反应,得到纯BiFeO3相热处理温度需低于650℃,而在普通载玻片和ITO玻璃衬底上,525℃到650℃均可以得到结晶良好的纯BiFeO3薄膜。550℃热处理得到的BiFeO3薄膜中的晶粒尺寸大约在70～80nm之间,650℃热处理得到的晶粒尺寸约有140nm。磁性能测试证明薄膜有弱铁磁性,饱和磁化强度约在7000～9000A/m。

顺序离子束溅射沉积制备GdAlO_3单一晶相薄膜技术

顺序沉积薄膜制备技术包括前驱薄膜制备和后期薄膜热处理技术 ,特别适合复杂组分的薄膜制备 .采用IM10 0离子束材料芯片沉积仪在MgO(10 0 )基片上顺序沉积Gd2 O3 和Al单层薄膜 ,经后续低温扩散和高温晶化两步热处理得到GdAlO3 单一晶相薄膜 .以X射线衍射 (XRD)、扫描电镜 (SEM )等手段 ,分析所得GdAlO3 薄膜的晶体结构和微观形貌 ,考察热处理过程对GdAlO3 薄膜生长过程及微观结构的影响 .实验结果表明顺序沉积薄膜制备技术具有化学计量比控制精确的优点 ,两步热处理可以得到结晶状况良好的单相结晶薄膜 .

α-Fe_2O_3纳米晶薄膜厚度对光电流的影响

研究了不同α-Fe2 O3纳米晶薄膜厚度及不同光照方向时α-Fe2 O3/ ITO电极在 KCl溶液中的光电化学行为 ,发现当膜的厚度增加时 ,光电流响应减弱 .当膜的厚度较薄 (5 0μm)时 ,正、反两面光照对光电流的响应几乎不会产生影响 ,而当膜较厚 (1 0 0μm)时 ,反面光照的光电流响应更强 .

快速热处理对(Ba,Sr)TiO_3薄膜晶化行为的影响

采用射频溅射法在Si(111)基片上制备了(Ba,Sr)TiO3(BST)薄膜,并对制备的薄膜进行了快速退火热处理。采用X射线衍射和原子力显微镜分析了退火温度、退火时间和加热速度对BST薄膜晶化行为的影响。研究结果表明,BST薄膜的晶化行为强烈依赖于退火温度、退火时间和加热速度。BST薄膜的结晶度随退火温度的升高而提高。适当的热处理可降低BST薄膜的表面粗糙度,BST薄膜的表面粗糙度随退火温度的升高经历了一个先降低后增大的过程,但退火后BST薄膜的表面粗糙度都小于制备态薄膜的表面粗糙度。BST薄膜的晶粒尺寸随退火温度的升高经历了一个先增大后减小的过程。随退火时间的延长,BST薄膜的特征衍射峰越来越强,薄膜的晶化程度越来越高。随退火时间的延长,BST薄膜的晶粒尺寸和表面粗糙度也经历了一个先增大后减小的过程。BST薄膜的晶粒大小主要由退火温度决定。高的升温速率可获得较小的晶粒。

PbTiO_3铁电薄膜晶化工艺研究

对sol-gel法制备的PbTiO3薄膜采用不同晶化工艺进行晶化,研究了晶化温度和基片对薄膜晶化的影响。研究表明,采用快速晶化工艺时,在550-750℃的较宽温度范围内,薄膜能够结晶形成稳定钙铁矿相结构,在LaAlO3基片上能获得结晶良好、具有(001)择优取向的PbTiO3薄膜。与常规晶化相比,快速晶化处理的薄膜结晶质量好,晶粒较小、分布均匀致密。

溶胶-凝胶法制备0.1BiFeO_3-0.9SrBi_2Nb_2O_9铁电薄膜的结构和光学性质研究

采用硝酸铋[Bi(NO3)3.5H2O]、硝酸锶[Sr(NO3)2]、硝酸铁[Fe(NO3)3.9H2O]和乙醇铌[Nb(OC2H5)5]作为起始原料,乙二醇甲醚[C3H8O2]作为溶剂配制掺Fe的SrBi2Nb2O9前驱体溶液,利用溶胶-凝胶法在石英衬底上制备出0.1BiFeO3-0.9 Sr-Bi2Nb2O9铁电薄膜。研究了该薄膜的表面形貌、组分、晶体结构和光学性质。结果表明,经400℃退火后薄膜为非晶结构,而在空气中经600℃退火1h后,沉积的薄膜晶化成钙钛矿结构。制备的薄膜表面平整,颗粒分布均匀,表现出良好的光透过性,该薄膜的光学能隙大约为2.5eV。

外延BiFeO_3薄膜的温度特性

基于Landau-Devonshire唯象理论,采用等效衬底晶格常数的方法,并拟合了磁刚度系数的温度函数,对多铁性外延BiFeO3薄膜的铁电性和磁性进行了研究。结果表明,70nm厚薄膜的磁化强度在10～731℃先增加后减小,在371℃时有最大值64569A/m,随膜厚的增加磁化强度的极值减小;自发极化、c轴晶格常数随膜厚的增加而减小,同一厚度薄膜随温度的升高自发极化强度减小;压电常数、相对介电常数随温度升高而增大,随膜厚增加而增加。

多晶Al_2O_3薄膜的制备及其红外吸收谱研究

高能氩离子束溅射金属铝靶,沉积在单晶Si基片上的非晶薄膜是Al和Al_2O_3的混合物。在空气中对其进行900～1200℃的热处理,成功地制备了以不同结晶形式存在的多晶Al_2O_3薄膜,讨论了不同退火温度对其结晶性能、表面形貌及红外吸收光谱的影响,为Al_2O_3薄膜制备与应用提供了良好借鉴。

WO_3/Si纳米晶薄膜的脉冲准分子激光沉积及结构分析

采用脉冲准分子激光大面积扫描沉积技术，在Ｓｉ（１１１）单晶衬底上沉积了 ＷＯｘ薄膜．采用Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、喇曼光谱（ＲＳ）、付里叶红外光谱（ＦＴ－ＩＲ）及透射电镜扫描附件（ＳＴＥＭ）对不同条件下沉积的样品进行了结构分析．结果表明，氧分压和沉积温度是决定薄膜结构和成份的主要参数．在沉积温度３００℃以上及２０Ｐａ氧压下得到了三斜相纳米晶ＷＯ３薄膜．

BiFeO_3薄膜的图案化制备及性能研究

采用短波紫外光照射仪(λ=184.9nm)作为光刻设备,在光掩膜的覆盖下,将沉积在(111)Si基板上的十八烷基三氯硅烷(OTS)自组装单分子层(SAMs)进行刻蚀形成图案,并结合溶胶-凝胶法在功能化的OTS-SAMs表面制备图案化BiFeO3薄膜,并对BiFeO3薄膜性能进行研究.结果表明,所得图案化BiFeO3薄膜为六方扭曲的钙钛矿结构,图案边缘轮廓清晰,宽度在200μm左右;在最大测试电场为385kV/cm下,所得电滞回线有较好的对称性和饱和性,剩余极化强度为0.17μC/cm2,饱和极化强度为3.8μC/cm2,矫顽场强为19kV/cm.在1kHz～1MHz的频率范围内,介电常数随频率增加逐渐减小,介电损耗较小.