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多铁性材料是指同时具有铁电性、铁磁性、铁弹性中的两种或三种的材料，包括复合相和单相。在单相多铁性材料中，BiFeO3是一种集铁电、反铁磁性于一身的多铁性材料，它的铁电居里温度820℃，反铁磁奈尔温度370℃，因此有潜力在室温以上实现它的多种应用。六十年代就发现BiFeO3是极少数在室温以上共存铁电性及磁性的材料，但由于大的漏导率其块体材料极化值仅为6.1μC/cm2，磁性太弱很难测出，这大大地限制了其应用。近年来薄膜制备技术的发展使得人们能够制备出高质量的薄膜，BiFeO3薄膜的剩余极化值达到块体材料的十倍以上，同时获得了一定的磁性。这使得BiFeO3重新获得了广泛的关注。
尽管如此，它的性能仍达不到器件应用的要求，因此人们通过各种途径——掺杂、复合、择优取向等来进一步提高其性能。本论文选择了制备择优取向薄膜来提高BiFeO3薄膜的性能。
本文的主要研究内容和结果摘要如下：
1．LaNiO3靶材和LaNiO3(100)薄膜底电极的研究
为了获得择优取向的BiFeO3薄膜，首先要选择合适的衬底和底电极材料。选择价格低廉且能与大规模硅基半导体产业相匹配的的Si(100)衬底，底电极的选择首先需考虑到晶格匹配问题，既要与衬底匹配还要与BiFeO3薄膜匹配——起缓冲层的作用；另外还要考虑电极的电阻率，LaNiO3是一种电阻率较低的导电氧化物。
采用固相烧结法在氧气氛下获得了纯相的LaNiO3靶材，利用脉冲激光方法通过调节氧分压，在Si(100)衬底上制备了系列LaNiO3导电氧化物薄膜；经XRD测试研究发现，通过调控氧压，可获得具有高(100)取向薄膜，且氧压对薄膜结晶性有很大影响，在氧分压为7.5Pa时获得结晶性最好的薄膜。经XRF分析表明，La、Ni元素化学成分计量比随氧压增大而减小。经四探针法测试，薄膜电阻率最小为2.03×10-4Ω·cm，表现出了良好的金属导电性。经SEM和AFM分析表明，薄膜晶粒为柱状晶，排列均匀致密，薄膜表面均匀，粗糙度较小，表明LaNiO3薄膜可以用作一种良好的铁电薄膜底电极材料。
2．BiFeO3靶材和薄膜的研究
采用固相烧结法在820℃和830℃、1h的条件下制备了富Bi相的BiFeO3靶材，利用脉冲激光沉积法，通过调节各种工艺参数(通过调整衬底温度、沉积气压、激光能量、激光频率等)，在670℃、2Pa氧压、5cm靶基距、7Hz激光频率、350mJ激光能量条件下制备了高择优取向高结晶度的BiFeO3薄膜。在此基础上，制备了厚度系列的BiFeO3薄膜，研究表明，薄膜铁电铁磁性能呈现出不同的厚度相关性，综合考虑，我们确定300nm为最佳膜厚。在最佳工艺基础上，制备了BiFeO3(100)/LaNiO3(100)/Si(100)、BiFeO3(111)/LaNiO3(111)/SrTiO3(111)、BiFeO3(110)/Pt/TiO2/SiO2/Si、BiFeO3(110)LaNiO3(110)/Pt/TiO2/SiO2/Si不同择优取向的薄膜，通过铁电铁磁性能研究，BiFeO3(111)择优取向性能最佳。SrTiO3衬底上(111)取向的BiFeO3薄膜的铁电剩余极化值达到了30.3uC/cm2，漏电流为1.0×10-3A/cm2，饱和磁化强度为20.0emu/cm3。
3．磁电耦合效应
利用实验室搭建的测试平台测得了BiFeO3薄膜的磁电耦合系数。在SrTiO3衬底上测得了最大磁电耦合系数为260mV/cm·Oe。