多层磁电薄膜的制备及性能研究

论文摘要

复合磁电材料因其多功能性及具有磁电效应等特点,而具有巨大的应用潜力,多年来一直受到研究者的广泛关注。Pb(Zr0.52,Ti0.48)O3/NiFe2O4系磁电复合材料是其中具有代表意义的一类复合体系。由于Pb(Zr0.52,Ti0.48)O3（PZT）具有较强的铁电、压电特性,而NiFe2O4（NFO）具有高起始磁导率特性,他们的晶格常数又具有一定的匹配关系,因此二者之间有较强的耦合作用。本论文从制备优质的PZT单层薄膜出发,研究了不同的复合体系、复合结构导致的PZT性能变化,为研究复合磁电材料的应力耦合机制奠定基础。首先,用脉冲激光沉积（PLD）薄膜制备方法分别在生长有底电极SrRuO3（SRO）的MgO基片上制备PZT单层薄膜、NFO/PZT双层薄膜和PZT/NFO/PZT多层薄膜,并对薄膜的结构、铁电性进行全面的表征。在制备得到高质量的PZT薄膜后,进而在MgO基片上沉积“三明治”结构PZT/NFO/PZT、NFO/PZT/NFO系列的多层磁电薄膜。测试发现夹持材料顺序的不同会引起铁磁性能的不同;而PZT/NFO/PZT系列中由于中间夹持的铁磁相NFO厚度的增加,导致PZT的铁电性变差。然后,在STO基片上沉积“三明治”结构PZT/NFO/PZT系列的多层磁电薄膜。铁电性能测试发现,由于基片晶格常数的改变,加上SRO底电极对上层薄膜的影响,导致了界面应力的改变,从而影响了多层磁电薄膜的生长取向以及铁电性能,而铁磁性能变化不大。最后,在N2气氛下制备出Fe3O4靶材,在这基础上研究了Fe3O4铁磁薄膜的生长工艺、成膜条件,通过低温沉积高温退火的方法在MgO基片上制备得到结晶良好,电阻率较低的Fe3O4薄膜。然后分析出不同基片温度对薄膜的形貌、电阻率和铁磁性能的影响。再接下来生长了多层磁电薄膜PZT/Fe3O4/MgO,结果表明多层薄膜的成膜质量良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 铁电/铁磁复合材料的概述
• 1.2 铁电/铁磁复合材料的结构特征及设计原理
• 1.2.1 铁电材料的结构及性质
• 1.2.2 铁磁材料的结构及性质
• 1.2.3 铁电/铁磁复合材料的设计原理
• 1.3 铁电/铁磁复合材料的发展过程及研究现状
• 1.4 铁电/铁磁复合薄膜的优点及制备方法选择
• 1.5 本论文的主要工作
• 第二章 实验方法及原理
• 2.1 磁电复合薄膜的制备方法
• 2.1.1 脉冲激光沉积（PLD）的基本原理
• 2.1.2 脉冲激光沉积的过程
• 2.1.3 PLD镀膜的工艺参数
• 2.2 薄膜的微观结构分析方法
• 2.2.1 XRD原理
• 2.2.2 AFM原理
• 2.3 薄膜的电性能表征
• 2.4 薄膜的磁性能表征
• 第三章 PZT和NFO多层磁电薄膜的实验结果与讨论
• 3.1 引言
• 3.2 磁电薄膜制备层数对PZT/NFO多层薄膜的影响
• 3.2.1 实验
• 3.2.2 不同层数薄膜的 XRD图谱分析
• 3.2.3 不同层数系列PZT薄膜的铁电性能研究
• 3.3 薄膜夹持顺序对多层磁电薄膜结构和性能的影响
• 3.4 厚度对多层磁电薄膜铁电性能的影响
• 3.5 基片对多层磁电薄膜结构性能的影响
• 3.5.1 不同基片上生长薄膜的微结构分析
• 3.5.2 不同基片上生长薄膜的铁电铁磁性能分析
• 3.6 本章小结
• 3O₄/MgO磁电薄膜的制备及其结构性能研究'>第四章 Fe₃O₄/MgO磁电薄膜的制备及其结构性能研究
• 3O₄磁电薄膜的概述'>4.1 Fe₃O₄磁电薄膜的概述
• 3O₄靶材的制备'>4.2 Fe₃O₄靶材的制备
• 3O₄薄膜的生长工艺研究'>4.3 PLD法制备Fe₃O₄薄膜的生长工艺研究
• 4.3.1 实验
• 4.3.2 XRD θ/2θ扫描结果分析
• 3O₄/MgO薄膜结构和性能的影响'>4.4 生长温度对Fe₃O₄/MgO薄膜结构和性能的影响
• 3O₄/MgO薄膜表面形貌的影响'>4.4.1 生长温度对Fe₃O₄/MgO薄膜表面形貌的影响
• 3O₄/MgO薄膜电阻率的影响'>4.4.2 生长温度对Fe₃O₄/MgO薄膜电阻率的影响
• 3O₄/MgO薄膜铁磁性能的影响'>4.4.3 生长温度对Fe₃O₄/MgO薄膜铁磁性能的影响
• 3O₄/MgO多层磁电薄膜的生长研究'>4.5 PZT/Fe₃O₄/MgO多层磁电薄膜的生长研究
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果