Nd和Co共掺杂BiFeO3 薄膜制备及电性能研究.pptVIP

S U S T 湿化学合成研究室 湿化学合成研究室 材料科学与工程学院—— Nd和Co共掺杂BiFeO3 薄膜的制备及电性能的研究 4 结论 3 结果分析 2 实验 1 引言 主要内容 1 引言 ?1T-1MTJ MRAM unit? ?????????????????1T-1C FRAM unit ????铁电材料在存储器件中的应用 薄膜BiFeO3 结构 块状BiFeO3 结构 单晶BiFeO3具有菱方钙钛矿结构，晶胞参数 a=b=c=5.63，α=β=γ=59.4°，属于R3c空间群。 室温下单胞菱形钙钛矿结构的BiFeO3是由立方结构沿着[111]方向拉伸而成。Bi3+离子相对Fe-O八面体发生位移，结构产生不均匀性而产生极化。 降低BiFeO3薄膜中的漏电流，增强性能的 方法 ： （1）掺杂替代改性 （2）制备工艺的改进 2 实验 2.1 实验内容 （1）溶剂比对纯相BiFeO3薄膜结构和性能的影响 （2）Nd掺杂对BiFeO3薄膜结构和性能的影响 （3）Nd-Co共掺杂对BiFeO3薄膜结构和性能的影响 清洗的基片氮气吹干 紫外线照射40min 实验原料+有机溶剂 制成溶胶,静置 匀胶（旋涂薄膜） 烤胶3min 退火5min 重复数次达到所需厚度 制备电极 测试性 能 薄膜制备流程图 2.2 实验流程 3 结果分析与讨论 3.1不同溶剂比对纯相BiFeO3薄膜结构和性能的影响 图3-1 不同溶剂比（乙二醇甲醚：醋酸酐）纯相BiFeO3薄膜的XRD图 图3-2 溶剂比为15:5时BiFeO3薄膜的表面和断面的SEM图 （a）表面 （b）断面 图3-3 不同溶剂比（乙二醇甲醚：醋酸酐）纯相BiFeO3薄膜的介电常数和测试频率的关系 图3-4 不同溶剂比（乙二醇甲醚：醋酸酐）纯相BiFeO3薄膜的介电损耗和测试频率的关系 3.2 Nd掺杂对BiFeO3薄膜结构和性能的影响 图3-5 Bi1-xNdxFeO3薄膜的XRD图 α β γ a b c c/a d 3% 90° 90° 120° 5.553 5.553 6.899 1.242 2.7743 6% 90° 90° 120° 5.560 5.560 6.874 1.236 2.7811 9% 89.655° 89.655° 89.655° 3.956 3.956 3.956 1.000 2.8031 12% 90° 90° 120° 5.571 5.571 6.907 1.239 2.7793 15% 90° 90° 120° 5.562 5.562 6.881 1.237 2.7793 20% 90° 90° 120° 5.547 5.547 6.839 1.232 2.7660 晶胞参 数 掺杂量 表3-2 Bi1-xNdxFeO3薄膜的晶胞参数表 图3-7 Bi1-xNdxFeO3薄膜的断面扫描图 x=0.03 x=0.06 x=0.09 x=0.12 x=0.15 x=0.20 图3-8 Bi1-xNdxFeO3薄膜的介电常数和测试频率的关系 图3-9 Bi1-xNdxFeO3薄膜的介电损耗和测试频率的关系 图3-10 溶剂比为15 : 5时BiFeO3薄膜的电滞回线图 图3-11 Bi1-xNdxFeO3薄膜的极化强度与测试电场的关系 3.3 Nd-Co共掺杂对BiFeO3薄膜结构和性能的影响 图3-12 Bi0.85Nd0.15Fe1-xCoxO3薄膜的XRD图 图3-13 Bi0.85Nd0.15Fe1-xCoxO3薄膜的介电常数和测试频率的关系 图3-14 Bi0.85Nd0.15Fe1-xCoxO3薄膜的介电损耗和测试频率的关系 图3-15 Bi0.85Nd0.15Fe1-xCoxO3薄膜的极化强度与测试电场的关系 4 结论 (1) 以乙二醇甲醚和醋酸酐为溶剂，按不同溶剂比在FTO/glass基板上制备了纯相、六方晶系的BiFeO3薄膜。溶剂比为15 : 5的BiFeO3薄膜介电损耗最小，且晶粒尺寸分布均匀，表面平整致密，获得最大的剩余极化强度1.48μC/cm2。 (2) 随着Nd掺杂量的增加， Bi1-xNdxFeO3薄膜的介电常数呈减小的趋势，介电损耗增大。 Bi0.80Nd0.20FeO3薄膜的介电损耗最大，在1MHz时为0.50。与纯相BiFeO3薄膜的剩余极化强度相比， Bi0.85Nd0.15FeO3薄膜的剩余极化强度最大，为111.9μC/cm2，矫顽场强为590kv/cm。 (3) Nd、Co共掺的BiFeO3薄膜均在(110)晶面择优生长，为六方晶系。Co掺杂量从1%增加到3%时，Bi0.85Nd0.15Fe1-