几种ABO3型铁电薄膜的制备与性能研究

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本文主要利用溶胶-凝胶法制备钙钛矿锆钛酸铅铁电薄膜和铁酸铋多铁薄膜,主要研究了这些薄膜的物相结构、微观形貌、介电及铁电性能以及光学性能。另外,利用脉冲激光沉积制备了铁电薄膜的铁磁电极——镧锶锰氧薄膜,研究了其晶体结构、表面形貌、铁磁性能以及电输运性质。采用溶胶-凝胶法在LaNiO3/Si衬底上成功制备了钙钛矿结构的PbZr0.52Ti0.48O3铁电薄膜,用马弗炉和热板分别在550°C下进行30 min退火处理。用X射线衍射、介电谱、P-E电滞回线、漏电流密度和C-V曲线对不同退火条件下的薄膜进行了分析。结果表明,在热板上退火的薄膜比马弗炉退火的薄膜具有更高的结晶度和更好的电学性能,即具有较高的介电常数和适中的介电损耗,而电滞回线表明剩余极化值达到了36.4μC/cm2,矫顽电场为168 kV/cm。采用溶胶-凝胶法在FTO衬底上旋涂PbZr0.52Ti0.48O3铁电薄膜,然后在550°C的热板上退火。随着退火时间从2 min增加到40 min,样品中的烧绿石相逐渐转变为钙钛矿相。所得薄膜在可见光范围内具有良好的透光率,随着退火停留时间的延长,薄膜的光学带隙变宽。当退火时间从2 min增加到40 min,介电常数和剩余极化值随之增加,而退火时间为60 min时,介电常数和剩余极化值略有减小。退火40 min的薄膜剩余极化值为40.3μC/cm2,矫顽电场为228 kV/cm。采用溶胶-凝胶法在FTO衬底上制备Pb0.82La0.12Zr0.85Ti0.15O3薄膜和Pb0.82(La0.6Bi0.4)0.12Zr0.85Ti0.15O3薄膜,在快速退火炉中以不同温度退火30 min。随着退火温度由580°C增加到670°C,Pb0.82La0.12Zr0.85Ti0.15O3薄膜中的烧绿石相越来越少,钙钛矿相越来越多,而Pb0.82(La0.6Bi0.4)0.12Zr0.85Ti0.15O3薄膜在退火温度到600°C时,薄膜中的烧绿石相几乎消失,温度升高到650°C时,钙钛矿相和烧绿石相的XRD同时变强,即结晶度更高了。对比掺杂4.8%Bi离子的薄膜与未掺杂Bi离子的薄膜介电性能和铁电性能,都表示同样的退火温度下,Bi掺杂的薄膜具有更好的电学性能。因此,Bi掺杂是降低Pb0.82La0.12Zr0.85Ti0.15O3薄膜退火温度的一个好方法。采用溶胶—凝胶法在FTO衬底上制备了BiFeO3薄膜,研究了Mn掺杂对BiFeO3薄膜结构、铁电、铁磁和光学性能的影响。结果表明Mn掺杂抑制了杂相的生成,使晶粒变小,而且抑制Fe2+的增加,改变漏导机理。在BiFe0.95Mn0.05O3薄膜中获得了27μC/cm2的高剩余极化值。另外,Mn掺杂使磁性有所提高,光学带隙减小,窄的光学带隙使掺锰BiFeO3薄膜在光催化和光伏领域的发展开辟了新的前景。采用脉冲激光沉积(100)SrTiO3衬底上以不同沉积时间制备La0.7Sr0.3MnO3薄膜作为铁电薄膜的底电极,结果表明,随着沉积时间的增加,样品的粗糙度先增大后减小,而磁化强度一直增大,通过磁滞回线和电输运性质的分析,沉积5 min的样品的性质最好,但是由于粗糙度太大不适合作为电极,沉积2 min的样品表面粗糙度较小,虽然性能较差,但可以作为电极材料。
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