自组装外延生长PZT-NFO纳米复合磁电薄膜及其性能研究

发布时间：2018-06-17 02:17

本文选题：纳米复合 + 自组装　；参考：《电子科技大学》2014年硕士论文

【摘要】：在磁电多铁性复合材料中,外加电场能够使材料产生铁电极化,不仅如此,磁电效应还会诱导出磁应力各向异性场。尤其是1-3维纳米磁电复合薄膜,由于纳米柱和基体材料的结晶生长取向有高度的一致性,而且两相之间的界面体积比远大于层状磁电复合薄膜,因此可以获得很高的磁电效应,从而为下一代电场控制的磁性微器件的设计提供了更大的自由度。为了拓展磁电多铁性复合材料在可调微波器件中的应用,本论文主要考虑两个问题:其一,如何制备高质量的磁电复合薄膜材料,使其具有较大的磁电耦合效应;其二,从可调微波器件的应用要求出发,除了要求磁电耦合性能外,还需要复合磁电材料具有高的工作频率和低的铁磁共振线宽。本工作选择在MgAl2O4(MAO)(100)基片上生长Pb(Zr0.52Ti0.48)O3-NiFe2O4(PZT-NFO)纳米复合外延薄膜。为了制备性能优异的PZT-NFO薄膜,我们进行了一系列细致的前期工作,包括靶材烧结、基片表面处理以及底电极制备。在烧结温度1100oC下,获得了性能良好的PZT-NFO复合靶材。基片表面处理包括MAO(100)和MAO(111)基片,其目的在于获得原子级台阶,调控NFO纳米柱的生长模式和有序度。表面形貌分析显示经过化学腐蚀和热处理MAO(100)基片上具有原子级台阶,高度约0.4 nm。由于MAO基片不能直接对其上的薄膜进行P-E测试,我们在MAO基片上制备了外延的Fe3O4和SrRu O3(SRO)底电极。但在后续PZT-NFO薄膜制备中,Fe3O4底电极有粉化脱落的现象;虽然SRO在晶格匹配性上不如Fe3O4,但其化学性能稳定,所以可用于薄膜P-E性能测试。采用90°离轴磁控溅射法,我们成功地在MAO(100)基片上自组装生长了PZT-NFO复合磁电薄膜,详细研究了基片温度、氩氧比、溅射功率等因素对薄膜结构和性能的影响。结果表明,适合生长PZT-NFO薄膜的条件为基片温度800oC,氩氧比1:1,溅射功率160 W。XRD测试显示,PZT-NFO薄膜为外延生长薄膜,且PZT相与NFO相之间的垂直晶格失配非常小。AFM和SEM测试结果表明,薄膜具有清晰的1-3维纳米复合结构,铁磁相NFO纳米柱直径约为80~150 nm。降低氩氧比有助于NFO相的形成,但溅射功率过大会造成1-3维结构向无规则0-3维结构转变。磁性能测量表明纳米复合薄膜的饱和磁化强度在120~160 kA/m之间,低于块体的NFO相。P-E测试表明PZT-NFO的饱和极化强度为6.9μC/cm2。薄膜样品的FMR测试显示,PZT-NFO薄膜的峰-峰FMR线宽ΔHpp约为130 Oe,如此理想的效果得益于PZT相和NFO相之间的非常小的晶格失配。
[Abstract]:In order to obtain PZT - NFO thin films with excellent properties , we have made a series of thin films of PZT - NFO with high working frequency and low iron magnetic resonance linewidth . The peak - to - peak FMR line width . DELTA.Hpp of the PZT - NFO film is about 130 oe so that the ideal effect is due to the very small lattice mismatch between the PZT phase and the NFO phase .
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM27;TB383

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