热处理工艺对铁酸铋薄膜结构和表面形貌的影响

热处理工艺对铁酸铋薄膜结构和表面形貌的影响热处理工艺对铁酸铋薄膜结构和表面形貌的影响 摘要：采纳溶胶凝胶法在 ITO/glass 衬底上制备出纯相 BiFeO3薄膜。分析讨论了了退火温度、退火方式、对薄膜结构和形貌的影响。通过 DTA-TG 对溶胶前躯体进行表征,分析了 BiFeO3 溶胶与薄膜过程机理并确定了薄膜的预热处理温度和退火温度范围。通过XRD、SEM 分析了薄膜的晶相及表面形貌。结果表明,薄膜采纳层层退火方式结晶可提高薄膜结晶度，薄膜呈随机取向, 薄膜最佳退火温度为 550℃下，测得其电滞回线，Pr 值约为 2.08C/cm2。 关键词: 铁酸铋;溶胶凝胶法;铁电薄膜 中图分类号：TM22+1 文献标识码：A 0 引言 铁电薄膜讨论开发较早,Evans[1]等人采纳铁电薄膜制成非挥发性半导体随机存储器(FRAM),从而掀起了对铁电薄膜讨论和应用的高潮[2]。近年来,一种新型的铁电材料 BiFeO3(BFO)越来越吸引了人们的注意。BFO 具有简单钙钛矿结构,其中氧八面体绕体对角线轴转动一定的角度,形成一种偏离理想钙钛矿结构的斜六方体结构[3]。BFO 长程电有序和长程磁有序使其同时具有铁电性和反铁磁性,二者共存的特性为研制新型存储器件提供了坚实的理论基础和重要的现实意义[4]。 Sol—Gel 法具有良好的均匀性，化学组分易控制及可在大面积表面上制膜等特点，因而常采纳此法制备铁电薄膜[5-6]及 BiFeO3薄膜。目前，用 Sol-Gel 法制备 BiFe03 薄膜的铁电性主要有铁电性极强(Pr>50C/cm2)[7-8]及铁电性较弱(Pr <10C/cm2)，同时电滞回线的饱和性较差[9-10]两种类型。Nea-ton 等用 Berry 相理论计算了BiFeO3 的铁电性并预言了两种极化状态同时存在的可能性[11]。实际上，外延应力是决定 BiFeO3 铁电性的一个重要因素。Sol—Gel 法存在退火工艺和薄膜厚度问题。退火工艺直接决定 BiFeo3 薄膜的结晶程度从而影响其铁电和介电性，而薄膜厚度也是决定其性能的重要因素，当厚度超过微米级时，薄膜可能呈现某些块材的特征。本工作是以溶胶-凝胶(Sol—Gel)方法制备不同厚度薄膜,以及用不同退火方式和退火温度制备不同的薄膜，分析其结构、形貌及铁电等性能并讨论工艺对薄膜的影响,并得出制备 BFO 薄膜的最佳工艺。 1 实 验 1.1 BiFeO3 溶胶的制备 以分析纯硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)和分析纯硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)为原料，乙二醇和冰醋酸为溶剂，乙酰丙酮为螯合剂。根据 BiFeO3 的化学计量比配制，称取粉末状 Fe(NO3)3·9H2O和 Bi(NO3)...