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在过去的几十年里，由于自发极化可达~100μC/cm2，铁电性和反铁磁性在室温下的共存以及远高于室温的铁电相变温度和反铁磁奈尔温度，BiFeO3(BFO)在多铁材料研究领域占有很高的地位。尤其，BFO拥有的大剩余极化强度、压电系数和磁电耦合效应使其可以被应用于非易失的随机储存器和微电子机械系统中。BFO的铁电性起源于Bi离子6s2孤对电子而磁性测归因于半满的Fe离子d轨道。另外，BFO拥有倾斜的G型反铁磁结构并伴随~62nm的旋转周期。本课题采用溶胶凝胶法在FTO基板上制备了不同溶剂比的BiFeO3薄膜、Bi1xNdxFeO3(BNFO, x=0.06~0.20)薄膜、Bi0.85Nd0.15Fe1xCoxO3(BNFCO,x=0~0.04)薄膜和Bi1xNdxFe0.97Co0.03O3(BNFCO, x=0.06~0.15)薄膜。研究了薄膜的微观结构、化学态、漏电机制、介电、铁电和铁磁性能。主要结论如下：(1)前驱液中醋酸酐的比例对BiFeO3薄膜的微观结构、介电和铁电性能均有较大的影响。当前驱液中醋酸酐的比例增加时，XRD分析和Raman光谱显示出薄膜从三方结构转变为四方结构，薄膜变‘软’。当前驱液中醋酸酐的比例为25%时，观测到了最大的剩余极化，即1.49μC/cm2。(2)研究了稀土Nd掺杂对Bi1xNdxFeO3(BNFO, x=0.06~0.20)薄膜的微观结构、化学态、介电、铁电和铁磁性能的影响。当Nd离子含量增加时，XRD分析和Raman光谱表明薄膜发生相变。XPS分析鉴定出BNFO薄膜存在Fe和Bi离子变价。通过15%Nd离子掺杂得到了最强的铁电极化。在BNFO (x=0.20)薄膜中观测到了铁电性能的大幅退化和铁磁性能的迅速增强，这源自薄膜的顺电性和正交结构。BNFO薄膜的禁带宽度随Nd离子含量的增加逐渐降低，可表示为Eg=(2.45–0.024x) eV。(3)研究了Co2+离子掺杂对Bi0.85Nd0.15FeO3(BNFO)薄膜的结构、Fe离子变价、漏电流、介电和铁电性能的影响。XPS分析显示BNFCO薄膜中的Fe2+浓度比BNFO薄膜低，并证实了Co2+离子掺杂可以限制Fe2+离子和氧空位的形成。BNFCO (x=0.01)薄膜的漏电流密度与BNFO薄膜相比降低了3个数量级。当电场强度小于180kV/cm时，BNFCO (x=0.04)薄膜受空间电荷限制电导(SCLC)控制；当电场强度大于180kV/cm时，其漏导电流被界面限制的福勒-诺得海姆隧道效应(F–N tunneling)所支配。BNFCO薄膜的介电响应表现出极大的频率依赖性，这意味着极性偶极子将比电畴或电子更能影响薄膜的介电常数和介电损耗。由于减少的漏电流密度、较高的介电常数和高场下较强的抗击穿特性，在BNFCO (x=0.03)薄膜中观测到了~121μC/cm2的剩余极化强度。低频下极性偶极子对BNFCO薄膜的铁电性有较大贡献。(4)研究了Bi1xNdxFe0.97Co0.03O3(BNFCO, x=0.06~0.15)薄膜的微观结构、化学态、漏电机制、铁电和铁磁性能。XRD分析和Raman光谱显示，相对于三方结构的BiFeO3薄膜，Nd离子掺杂使BNFCO薄膜变成三斜结构。XPS分析表明Bi5d和Fe3d轨道上的电子密度随Nd含量的增加而降低，这可以解释为薄膜中存在从Bi/Fe离子到Nd离子的电子转移过程。氧空位导致的F–N tunneling效应可以用来很好的解释BiFeO3薄膜的低击穿场强。由于Bi、O和Fe离子之间较强的结合能和较低浓度的氧空位， BNFCO薄膜只支配于无陷阱捕获状态的欧姆电导机制。通过15%Nd离子掺杂，在50V的测试电压下获得了最高的剩余极化强度(107.5μC/cm2)。BNFCO薄膜的铁磁性也得到了提高，归因于改良的螺旋自旋结构和小晶粒尺寸效应。