化学溶液沉积制备铁酸铋/氧化锌复合薄膜的电磁学研究

论文摘要

铁电薄膜/半导体异质结表现出的电阻开关效应是制备铁电随机存储器的所需的性质。铁电薄膜要有高的居里温度和剩余极化。铁酸铋是为数不多的几种在室温下同时呈现铁电性和铁磁性的单相多铁材料。铁酸铋具有扭曲的斜六面体钙钛矿结构（空间群编号为R3c）,铁电有序（铁电居里温度为1103K）。铁酸铋的剩余极化值Pr可以达到90μC/cm2,接近锆钛酸铅PZT的性能,能够成为无铅铁电随机存储器的材料。但是由于铁酸铋中铁元素价态的变化和氧空位浓度的变化使得其器件的漏电流较大。在本文中将会研究使用溶胶凝胶法制备的铁酸铋薄膜的电磁学特性并使用氧化锌/铁酸铋以及氧化锌纳米棒/铁酸铋复合薄膜的电磁学特性。以硝酸铁、硝酸铋为原料使用溶胶凝胶法制备纯相的铁酸铋薄膜,并研究其I-V曲线、电滞回线,发现在N-Si衬底上制备的BFO薄膜拥有二极管效应,其在场强为16.67kV/cm下剩余极化为0.79μC/cm2。以醋酸锌、甲醇、二乙醇胺为原料使用溶胶凝胶法在Si/SiO2/TiO2/Pt（111）沉底上制备单层氧化锌种子层,并在Zn（NO3）2/KOH水溶液中利用水热法制备C轴取向的不同直径和长度的单晶氧化锌纳米棒,并利用原子力显微镜研究所得到的纳米棒的弹性模量。随后在得到的氧化锌纳米棒上制备铁酸铋薄膜,其在10.00kV/cm的场强下最高剩余极化可以达到80.9μC/cm2,达到了饱和状态,但是由于热处理中基片与湿膜的热膨胀系数不同使薄膜中存在残余应力,致使氧化锌存在剩余极化,极化电荷存在于氧化锌和铁酸铋的界面上,致使铁酸铋的在外加电压为零时,含有极化。磁性测试发现铁酸铋在5K表现出极微弱的磁性,在室温下其磁滞回线是线性的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 导言
• 1.2 铁电和压电材料介绍
• 1.3 钙钛矿结构铁电体的简介
• 1.4 铁酸铋的简介
• 1.5 氧化锌薄膜的简介
• 1.6 铁电薄膜的制备方法
• 1.6.1 溅射法
• 1.6.2 脉冲激光沉积
• 1.6.3 化学气相沉积法
• 1.6.4 溶胶凝胶法
• 1.7 氧化锌纳米棒的制备方法
• 1.7.1 气相沉积法
• 1.7.2 液相反应法
• 1.7.3 固态反应法
• 1.8 本文相关的研究现状、目的以及其意义
• 第2章 溶胶凝胶法介绍
• 2.1 溶胶凝胶的基本概念
• 2.2 溶胶-凝胶法制备薄膜的原理
• 2.3 溶胶凝胶法制备薄膜的镀膜方式
• 2.3.1 旋涂法
• 2.3.2 提拉法
• 2.4 溶胶凝胶法所得薄膜的干燥
• 第3章 氧化锌种子层以及纳米棒的制备
• 3.1 实验材料和氧化锌生长原理
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 溶胶凝胶法制备氧化锌原理
• 3.1.3 溶胶凝胶法制备氧化锌的薄膜
• 3.1.4 结果分析
• 3.2 水热法制备氧化锌纳米棒
• 3.2.1 水热法制备氧化锌的原理
• 3.2.2 实验工艺
• 3.2.3 结果分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 纯相铁酸铋薄膜的制备
• 4.1 纯相铁酸铋薄膜的制备
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 制备工艺
• 4.2 铁酸铋薄膜的测试
• 4.2.1X 射线衍射分析
• 4.2.2 扫描电子显微镜分析
• 4.2.3 电学特性测试
• 4.2.4 铁电性测试
• 4.3 本章小结
• 第5章 氧化锌/铁酸铋复合薄膜的研究
• 5.1 实验方案
• 5.2 扫描电镜测试
• 5.3 铁电性测试
• 5.4 磁性测试
• 5.5 本章小结
• 结论
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 鸣谢