Pt基BiFeO3鐵電磁薄膜的脈沖激光沉積及Tb摻雜改性研究.pdf

1、鐵酸鉍(BiFeO3)作為室溫下兼具鐵電和鐵磁性能的多鐵性材料，在磁電耦合器件、傳感器、自旋電子器件、信息存儲器件、電容-電感一體化器件等領域具有廣泛的應用前景。針對現(xiàn)有Pt基BiFeO3薄膜的研究較少及其鐵電和鐵磁性能不夠理想等問題，本論文采用脈沖激光沉積技術，在Pt(111)/Ti/SiO2/Si基片上制備BiFeO3鐵電磁薄膜，重點研究了沉積工藝參數(shù)（激光能量密度、基片溫度、氧氣分壓）對薄膜晶體結構、表面形貌和鐵電性能的影響，并在

2、此基礎上通過Tb元素摻雜改善了其鐵磁性能。
　　首先，通過調整激光能量密度和基片溫度控制BiFeO3薄膜的物相組成和結晶取向，研究了這些工藝參數(shù)對薄膜生長的共同作用。結果表明，隨著激光能量密度的增加，為獲得純相BiFeO3薄膜的基片溫度必須要相應提高，即二者需相互協(xié)調。分別在1 J/cm2-893 K、2 J/cm2-943 K和3 J/cm2-963 K條件下制備出物相單一、具有扭曲三角鈣鈦礦結構的BiFeO3薄膜，而且較高的能

3、量密度和基片溫度有利于BiFeO3薄膜的(111)擇優(yōu)取向生長及其表面形貌的改善。
　　其次，分別研究了氧氣分壓(PO2)和基片溫度（Tsub）對BiFeO3薄膜物相、結構和性能的影響。研究表明，在較低的氧氣分壓下，BiFeO3薄膜具有四方或立方結構，而在高氧壓時轉變?yōu)榕で氢}鈦礦結構，并且薄膜中Fe2+的含量隨氧氣分壓的增加而降低。在適宜的氧氣分壓(PO2=10 Pa)下，BiFeO3薄膜具有最大的(111)擇優(yōu)取向度，其剩余

4、極化值達34μC/cm2。隨著基片溫度的升高，BiFeO3薄膜的晶粒逐漸長大，晶粒間結合更緊密，在Tsub=893 K時具有較大的(111)擇優(yōu)取向度和良好的鐵電性能，最大剩余極化值達108μC/cm2。
　　最后，對BiFeO3薄膜進行Tb摻雜改性，研究了Tb摻雜量對其物相、結構及鐵磁性能的影響。摻雜Tb后，Bi1-xTbxFeO3薄膜均為單一的BiFeO3相，其晶格常數(shù)逐漸變小，并發(fā)生由四方或立方結構向扭曲三角鈣鈦礦結構的轉變