【摘 要】
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BiFeO3(BFO)作为多功能材料和器件的应用基础,其具有室温下的铁电、铁磁性。然而高泄漏电流、大矫顽场已经成为技术发展应用的障碍。离子掺杂已经被证明可以改善泄漏电流。构
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BiFeO3(BFO)作为多功能材料和器件的应用基础,其具有室温下的铁电、铁磁性。然而高泄漏电流、大矫顽场已经成为技术发展应用的障碍。离子掺杂已经被证明可以改善泄漏电流。构建铁电氧化物异质结被发现可以作为一个新的研究领域,因其所形成的异质结构以及广阔的发展前景而受到大量科研人员的关注。本论文利用溶胶-凝胶法制备了 Bi0.9Er0.1Fe1-xMnxO3(BEFMxO)薄膜、Bi0.9-yLayEr0.1 Fe0.96Co0.02Mn0.02O3(BLayEFMCO)薄膜、Bi0.9Er0.1 Fe0.99Mn0.01O3/Zn1-zCuzO(BEFM/ZCuzO)复合薄膜及 Bi0.89La0.01Er0.1Fe0.96Mn0.02Co0.02O3/Zn1-wCuwO(BLEFMC/ZCuwO)复合薄膜。分析了离子掺杂对薄膜晶体结构、缺陷、漏导机制、铁电性和铁电稳定性的影响,复合半导体氧化物后对复合薄膜的结构、铁电和电阻开关行为的影响。结论如下:(1)研究了 BEFMxO薄膜的结构、电性能和铁电稳定性。Mn离子掺杂后的薄膜存在三方相的R3c:H和R3m:R两相共存,并抑制了氧空位的产生,漏电流密度减小。BEFO表现出以电子隧穿为主,在增大的外加电场下表现出差的极化稳定性,而BEFMxO(x=0.01-0.03)薄膜的氧空位浓度小且以体传导为主导,对铁电畴反转的影响较小,BEFM0.02O薄膜具有优异的铁电稳定性。(2)研究了 BLayEFMCO薄膜的形貌、铁电和铁磁性。La离子掺杂使得薄膜晶粒尺寸细化。其漏电流传导机制以欧姆和空间电荷传导共同作用,氧空位和缺陷在其中起主导作用。BLa0.01EFMCO薄膜的铁电性能得到增强,剩余极化和翻转电流分别为152 μC/cm2和1.50 mA。随着La离子掺杂量增大,缺陷对对铁电畴的钉扎效应及在薄膜内部形成较大的内建电场会使得铁电极化弱化。但BLa0.09EFMCO薄膜表现出增强的磁性。(3)研究BEFM/ZCuzO复合薄膜的结构、铁电性和电阻开关行为。复合薄膜中BFO、Bi2Fe4O9和ZnO三相共存,且BFO从三方R3c:H转变为三斜P1。BEFM/ZnO复合薄膜呈现出明显的二极管整流效应和铁电性,但BEFM/ZCuzO复合薄膜的铁电性和二极管效应消失,且电阻开关效应被削弱。(4)研究了 BLEFMC/ZCuwO复合薄膜的结构、铁电性和电阻开关行为。BLEFMC/ZCu0.01O复合薄膜的铁电极化特性增强,同一外加电压下表现出最大的剩余极化值和翻转电流,同时,其表现出良好的铁电稳定性和抗击穿特性。上下层离子共掺杂可以改善复合薄膜的电阻开关行为,BLEFMC/ZCu0.05O薄膜的开关比达到了 22.4。
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