PLD法制备BiFeO3薄膜及其性能研究.pdfVIP

黄艳芹 ：PLD法制备BiFeO。薄膜及其性能研究 文章编号 ：1001—9731(2013)10—1469—03 PLD法制备 BiFeO。薄膜及其性能研究 黄艳芹 (新乡学院 化学与化工学院，河南 新乡 453003) 摘 要 ： 采用快速等 离子烧结法 (SPS)制得纯相 制备纯相BiFeO。块材 的方法主要有溶胶一凝胶法、固 BiFeO。靶材 ，利用脉冲激光沉积 (PLD)法将其沉积在 相反应法和快速液相烧结法[g等。其 中快速液相烧 Si(100)衬底上 ，制得 BiFeO。薄膜。通过调节各种3- 结——放电等离子烧结 (SPS)，是在装有粉末 的模具 艺参数 ，在沉积温度 650。C，氧压 2Pa，靶基距 5cm，脉 上通入高能脉冲电流 ，使粉末颗粒间产生等离子放 电， 冲激光频率 7Hz、激光能量 350mJ条件下获得 了高择 产生粉末的净化 、活化 、均化等效应 。同时，由于烧结 优取向、高结晶度 的BiFeO。薄膜。在此工艺条件下， 时问短 ，减少 了Bi的挥发而使杂相析 出，使 BiO。和 又制备 了不同厚度 的BiFeO。薄膜。用 XRD、SEM 等 Fe。O。迅速反应生成 BiFeO。，同时也减少 了 BiFeO。 手段对薄膜相和形貌进行 了表征 。结果表明，制备 的 的分解 ，可获得纯相 BiFeO。。 薄膜有较高的形貌质量，薄膜的铁 电、铁磁性能呈现出 本文用 SPS技术制备纯相 BiFeO。靶材 ，再用 与厚度的强相关性 ；其 中300nm厚 的薄膜质量最好。 PLD法在 Si(100)衬底上沉积 BiFeO。薄膜，并测试了 关键词 ： 多铁性 ；BiFeO。；快速等离子烧结 ；铁电铁 薄膜的性能 。 磁性 2 实 验 中图分类号 ： TM28；TB33 文献标识码 ：A DOI：10．3969／j．issn．1001—9731．2013．10．022 2．1 制备 BiFeO。靶材 将商业纯Fe2O3(99．99 ，约200nm，AlfaAesar) 1 引 言 和 Bi2O3(99．9 ，约 5ffm，AlfaAesar)粉末按 1：1的 BiFeO。是极少数在室温 以上铁 电性及磁性共存 质量比混合后高能球磨 1h；然后 ，装入石墨模具，用压 的材料 ，因其块体材料的漏导率高而限制 了其应用 ；而 机手动压制 ，使粉末初步成型 ；为使样品易脱模 ，同时 高质量 BiFeO。薄膜的剩余极化值可达块材的 1O倍 以 防止模具与样品接触反应，在模具与混合粉末之间用 上 ，同时还具有一定 的磁性 ，使得 BiFeO。薄膜 的研究 碳纸隔离；把压坯放入 SPS设备 (SPS一20T一10)中，抽 受到广泛关注l1。]。由于BiFeO。薄膜性能还无法满足 真空，在系统压强达到 10Pa左右时，在烧结体两端施 器件应用 的要求 ，因此 ，研究人员采用掺杂、复合 、择优 加 30MPa的轴 向压力，以 100。C／rain的速率升温到 取向等技术手段 ，希望获得高性能的薄膜 ]。目前 ， 830。C后 ，保温 10min；停止加热 ，样品随炉 自然冷却至 制备 BiFeO。薄膜 的方法主要有磁控溅射法、脉冲激光 室温后取出，得到成形的BiFeO。靶材。 沉积 (PLD)法[5和溶胶一凝胶法 等 。其 中，用脉冲激 2．2 用 PLD法在 Si(100)上制备 BiFeO。薄膜 光沉 积法 制得 的薄膜 性 能较 好[5]。研 究 者认 为 用脉冲激光沉积系统 (PLD-450型设备)制备薄 BiFeO。薄膜 中的氧空位是产生漏导 的主要原 因，因 膜 ，工艺参数为沉积温度 650℃、氧压 2Pa，脉冲激光频 此 ，减少