复合型多铁薄膜制备及性能研究

发布时间：2019-09-28 09:48

【摘要】：多铁性材料受到越来越多的关注,不仅是因为他们同时具有两种母相成分(铁电性与铁磁性)的特性,而且由于铁电相与铁磁相的相互作用,产生应用更为广泛的附加功能。许多无铅磁电(ME)材料正是因其显著的磁电耦合效应而被广泛应用于环境友好型多功能器件,当一个外加磁场作用于某个磁电复合材料时,铁磁相的急剧磁致伸缩发生改变,材料的张应力向压电相传播,导致电极化的产生。由于技术上的可实现性,早前在高于室温的条件下,在磁电复合材料中发现了磁电效应,近年来在各式各样不同的磁电复合材料体系中做了诸多研究,而其中多铁性薄膜材料在发展基于铁电—铁磁性的、高集成度的动态随机存储器、随机存取存储器及微机电系统中具有潜在应用前景。本论文结合溶胶-凝胶法(Sol-Gel)和快速热处理法(RT)前后分别制备Ba0.8Ca0.2Zr0.05Ti0.95O3(BCZT)铁电薄膜、Ni0.9Zn0.1Fe2O4(NZF)铁磁薄膜和BCZT/NZF复合薄膜,探索制备单相铁电薄膜和铁磁薄膜的最优工艺条件后,制备2-2型结构复合薄膜,并对其微观结构和性能进行表征。首先,制备BCZT薄膜,随后分别研究了退火温度、退火时间以及薄膜厚度对薄膜物相织构、电学性能和表面形貌等的影响。实验结果表明,当薄膜的退火温度为700℃、膜层厚度为4层且退火时间为11min时,薄膜的结晶性良好且晶粒尺寸均匀,表面粗糙度很小仅为Rq=2.33nm,薄膜也表现出良好的铁电性。其次,制备了NZF薄膜,分别研究了不同退火温度和退火时间对NZF薄膜的物相织构、表面形貌、铁磁性能和漏电性的影响。结果表明:膜层厚度为4层的NZF薄膜在退火温度为600℃,退火时间为600s时,薄膜表现出了良好的铁磁性能。最后,制备了BCZT/NZF复合薄膜,对其物相织构、表面形貌、铁电性、铁磁性以及磁电耦合效应进行了表征。得到的复合薄膜结晶性良好,晶粒尺寸均匀且表面粗糙度较低;由于铁磁层分压以及晶格失配现象的存在,相比于单相BCZT铁电薄膜和单相NZF铁磁薄膜,BCZT-NZF复合薄膜的铁电性能及铁磁性能均略有减弱;利用磁电耦合测试组合装置测试了复合薄膜的磁电耦合系数,磁电耦合系数E?大小为39.4mv/cm-1Oe-1。
【图文】：

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图 1 多铁材料和铁性材料相互作用示意图[22]复合材料解决了许多单相磁电材料不能克服的缺点，具有其磁电效应也不再受到尼尔温度/居里温度的限制，因此、信号传感、磁/电信号检测等均为磁电效应的物理应用的应用及研究在信息产业上具有巨大的潜在应用价值，它和磁化强度等）被很好地联系起来，这为用不同手段在存了可行途径，而在进一步统筹各类调控手段的优势的前提供了可能性[23]。膜的研究进展用与自旋电子学的飞速发展，多铁性现象引发研究者们的

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高能激光光子将能量直接传给被蒸发的原子，因而激光蒸发发法的粒子能量一般显著高于其它的蒸发方法。溶胶-凝胶法（sol-gel）：首先通过将原料与溶剂和催化剂混合，使得原料在液相状态下发生反应，，并经过水解和缩合反应，得到所需的溶胶。随后将所得溶胶在恒温下陈化一段时间（溶液浓度、不同物质、不同陈化温度等等均会对此产生影响），此过胶粒聚合过程中，溶剂失去流动性，从而形成凝胶（即制备薄膜所需的前驱体）。之后利用匀胶机将凝胶沉积在衬底表面，并利用快速热处理（RT）进行退火结晶，即可得到所制备的薄膜。此法的优点在于可在很短的时间内获得分子水平的均匀性，易于均匀定量地参杂，合成温度较低。1.3.2 复合薄膜的模型按照连通型结构，磁电复合薄膜又可分为 0-3 颗粒复合、2-2 叠层结构、1-3 柱状结构，如图 1.2 所示[25]。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.2

【参考文献】