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Bi0.89Tb0.11Fe1-xTMxO3CoFe2O4(TM=Cr, Mn, Co)薄膜的制备及多铁性能研究

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软件简介

 摘 要
BiFeO3是少数的单相多铁材料之一,具有扭曲的钙钛矿结构(属于R3c点群),由立方结构沿[111]方向拉伸而形成的一种偏离理想钙钛矿结构的菱形结构,在室温下同时具有铁电有序和反铁磁有序,由于具有较高的铁电相变温度(Tc=1103 K)和磁相变温度(TN=643 K),在磁电传感器,自旋电子器件,存储器等方面有广泛的应用前景而得到关注。
本实验采用溶胶凝胶法,以乙二醇甲醚和冰醋酸为溶剂,通过旋涂法和层层退火工艺在FTO玻璃基板上制备B位掺杂BiFe1-xTMxO3/CoFe2O4(TM-BFO/CFO)(TM=Mn、Cr、Co)复合薄膜及A、B位共掺Bi0.89Tb0.11Fe1-xTMxO3/CoFe2O4(Tb、TM-BFO/CFO)(TM=Mn、Cr、Co)复合薄膜。研究了B位掺杂及A、B位共掺后对BiFeO3薄膜的结构和性能的关系,以及CoFe2O4薄膜复合对BiFeO3薄膜结构及性能的影响。得出如下结论:
(1)溶胶凝胶制备的B位掺杂的TM-BFO/CFO(TM=Cr、Mn、Co)复合薄膜晶体结构呈扭曲菱形钙钛矿结构,属于R3c空间点阵,且结晶程度高。B位掺杂后薄膜的漏电流至少降低了2~3个数量级,铁电性有显著提高。其中Mn、Co共掺时,对BFO/CFO复合膜的影响最为显著,其漏电流降低了3个数量级,达到了10-6数量级,剩余极化强度由43.5 μC/cm2增加到了187.8 μC/cm2。
(2)溶胶凝胶制备的A、B位掺杂的Tb、TM-BFO/CFO(TM=Cr、Mn、Co)复合薄膜晶体结构呈扭曲菱形钙钛矿结构,属于R3c空间点阵,且结晶程度高。A、B位掺杂后薄膜的漏电流至少降低了2~3个数量级,铁电性也有显著提高,其中A位Tb单掺,B位Mn、Co共掺时对BFO/CFO复合膜的影响最为显著,其漏电流降低了2个数量级,达到了10-5数量级,剩余极化强度由43.5 μC/cm2增加到了133.73 μC/cm2。
(3)CFO复合后,BFO和CFO薄膜建立了良好的界面关系,且铁电性能明显提高,漏电流降低,如Tb、Mn共掺时,复合薄膜的剩余极化强度由未复合前的90.81 μC/cm2增加到了117.01 μC/cm2,且电滞回线曲线的对称性和饱和性更好。
关键词:BiFeO3,CoFe2O4,复合薄膜,结构,铁电性
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
第1章 文献综述 1
1.1 课题研究的背景 1
1.1.1 铁电材料 2
1.1.2 铁磁材料 3
1.2 多铁材料BFO的结构及性质 4
1.2.1 BFO的结构 4
1.2.2 BFO的铁电性 5
1.2.2 BFO的铁磁性 5
1.3 铁磁材料CFO的结构及性质 7
1.4 国内外研究进展 7
1.5 本论文研究的主要内容 11
第2章 实验 13
2.1 实验方法 13
2.2 实验原料 13
2.3 实验设备 14
2.4 实验流程 14
2.4.1 基板的预处理 14
2.4.2 溶胶凝胶法制备薄膜的工艺过程 15
2.5 BFO/CFO复合薄膜制备过程 15
2.5.1 铁酸钴薄膜前驱液的配制 15
2.5.2 铁酸铋薄膜前驱液的配制 15
2.5.3 BFO/CFO复合薄膜制备过程 16
2.6 电极制备 16
2.7 样品测试 16
2.7.1 X射线衍射分析(XRD) 16
2.7.2 扫描电镜分析(SEM) 17
2.7.3 漏电流测试 18
2.7.4 介电频谱测试 18
2.7.5 铁电性能测试 18
第3章 结果分析与讨论 20
3.1 B位掺杂对BFO/CFO复合薄膜结构和性能的的影响 20
3.1.1 BFO/CFO复合薄膜的XRD图谱 20
3.1.2 BFO/CFO复合薄膜的SEM图谱 21
3.1.3 BFO/CFO复合薄膜的漏电流 23
3.1.4 BFO/CFO复合薄膜的铁电性 24
3.1.5 BFO/CFO复合薄膜的介电性能 25
3.1.6 小结 26
3.2 A、B位掺杂对BFO/CFO复合薄膜结构和性能的的影响 26
3.2.1 BFO/CFO复合薄膜的XRD图谱 26
3.2.2 BFO/CFO复合薄膜的SEM图谱 27
3.2.3 BFO/CFO复合薄膜的漏电流 28
3.2.4 BFO/CFO复合薄膜的铁电性 29
3.2.5 BFO/CFO复合薄膜的介电性能 31
3.2.6 小结 31
3.3 CFO复合对BFO薄膜性能的影响 32
3.3.1 CFO复合对BFO薄膜铁电性的影响 33
3.3.2 CFO复合对BFO薄膜漏电流的影响 33
3.3.3 小结 34
4 结论 35
致 谢 36
参考文献 37

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