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Dy和Mn共掺杂BiFeO3薄膜多铁性能研究

Dy和Mn共掺杂BiFeO3薄膜的研究 BiFeO3(BFO)是一种典型的单相多铁材料,在室温下同时具有铁电性和弱反铁磁性即同时具有铁电有序和G型反铁磁有序。其居里温度为1103K,尼尔温度为643K,是少数几种在常温下同时具有铁磁性和铁电性的多铁材料之一。 以Bi(NO3)3·5H2O,Fe(NO3)3·9H2O,Dy(NO3)3·6H2O和C4H6MnO4·4H2O为原料,采用溶胶-凝胶法在FTO/glass基底上制备BiFeO3、Bi1-xDyxFeO3、Bi0.92Dy0.08Fe1-xMnxO3和Bi0.90Dy0.10Fe1-xMnxO3薄膜。通过XRD,SEM,Agilent E4980A,TF 2000 Analysis 及Agilent B2901A测试对BiFeO3薄膜的物相、微观形貌、介电性、铁电性和漏电流等进行了表征和研究。得出以下结论: 随着Dy掺杂量的增加,Bi1-xDyxFeO3薄膜的介电常数并不是单调变化的,当掺杂量为8%和10%时,薄膜介电常数显著增加,分别为241、240;当测试频率为1MHz时,Bi1-xDyxFeO3薄膜的介电损耗均小于0.22。Bi1-xDyxFeO3薄膜的漏电流密度比纯相BiFeO3低两到三个数量级。薄膜的剩余极化随着Dy掺杂而显著增加,当掺杂量为8%时,剩余极划强度为32.4μС/cm2,矫顽场为296kV/cm。 Bi0.92Dy0.08Fe1-xMnxO3薄膜的介电常数随着测试频率的增加减小幅度较快,介电损耗在小于100Hz时,呈减小趋势,在频率大于100Hz时,呈增加趋势。随着Mn掺杂量的增加,Bi0.92Dy0.08Fe1-xMnxO3薄膜的漏电流密度逐渐增加。Bi0.92Dy0.08Fe1-xMnxO3薄膜的剩余极化强度显著增强,当共掺Dy8%,Mn2%时,薄膜的铁电性能最好,在833kV/cm的电场下,剩余极化值Pr为74.8μC/cm2,矫顽场Ec大约为287kV/cm。 Bi0.90Dy0.10Fe1-xMnxO3薄膜的介电常数随着测试频率的增加减小幅度较快,介电损耗在小于100KHz时,呈减小趋势,在频率大于100Hz时,呈增加趋势。随着Mn掺杂量的增加,Bi0.90Dy0.10Fe1-xMnxO3薄膜的漏电流密度逐渐增加。Bi0.92Dy0.08Fe1-xMnxO3薄膜的剩余极化强度显著增强,当共掺Dy10%,Mn3%时,薄膜的铁电性能最好,在917kV/cm的电场下,剩余极化值Pr为96μC/cm2,矫顽场Ec大约为320kV/cm。 关键词:BiFeO3薄膜,溶胶-凝胶法,掺杂,铁电性,漏电流 Smultiferroic properties of the (Dy, Mn) co-doped BiFeO3 thin films ABSTRACT BiFeO3 (BFO) is a typical multiferroic material of single phase, and it was reported to exhibit a canted spin ordering (Neel temperature TN=643K) and ferroelectric ordering (Curie temperature TC=1103K) with the coexistence of ferroelectricity and antiferromagnetism in room temperature. Bi(NO3)3·5H2O, Fe(NO3)3·9H2O, Dy(NO3)3·6H2O and C4H6MnO4·4H2O as raw materials,pure BiFeO3, Bi1-xDyxFeO3, Bi0.92Dy0.08Fe1-xMnxO3 and Bi0.90Dy0.10Fe1-xMnxO3 thin films were prepared on FTO/glass substrate by sol-gel method. The microstructure, dielectric, ferroelectric and leakage current properties of BiFeO3 thin films were tested through the XRD, SEM, Agilent E4980A, TF 2000 Analysis and the Agilent B2901A. We can draw the following conclusion: With the increased amount of doping Dy, dielectric constant doesnt all decre

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