Cu掺杂Ga0.6Fe1.4O3薄膜的制备和多铁性能研究.pdf

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Cu掺杂GaFeO薄膜的制备和多铁性能研究

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中文摘要

多铁性材料指的是同时存在铁弹性、铁磁性或铁电性等两种或两种以上性质的材

料,在信息存储、自旋电子设备以及传感器等方面都具有较大的发展潜力。绝大多数

的多铁性材料因为磁电耦合效应较弱或者磁转变温度(Tc)较低而应用受到限制。

GaFeO同时表现出亚铁磁性以及铁电性,具有强磁电耦合效应,可以通过调节Ga

2-xx3

和Fe比例,使Tc达到室温以上,且Tc会随着Fe含量x的增加而增加,Ga0.6Fe1.4O3

的Tc远高于室温。随着人们对Ga0.6Fe1.4O3薄膜深入研究发现,纯Ga0.6Fe1.4O3薄膜在

制备时容易缺氧而产生氧空位和电子,存在较大的漏电流,测得的极化值较低。用低

价态的元素取代Fe3+可以产生空穴,带正电荷的空穴会中和一部分带负电荷的电子,

使薄膜漏电流密度减小。本论文中我们采用PLD方法,首先制备了Tc高于室温的

GaFeO薄膜,在此基础上,选择Cu元素对GaFeO薄膜进行掺杂,研究了Cu

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掺杂对GaFeO薄膜结构、磁性以及铁电性的影响。主要研究内容如下:

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(1)Ga0.6Fe1.4O3薄膜的制备与性能研究。采用脉冲激光沉积技术,在SrTiO3

(111)和Nb-STO(111)衬底上制备了Ga0.6Fe1.4O3薄膜,研究了退火后薄膜的结构、

形貌、元素化合价态、磁性以及铁电性能。退火后的Ga0.6Fe1.4O3薄膜结晶性较好,没

有杂质相,沿着(00l)方向外延生长;退火后GaFeO薄膜仍然存在氧空位。薄膜

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易磁化轴为面内方向,Tc约为380K。在SrTiO3(111)衬底上制备Ga0.6Fe1.4O3薄膜,

2-12

存在良好的压电响应和铁电性,剩余极化值为0.004μC/cm,漏电流密度为10A/cm;

与SrTiO3(111)衬底上制备的Ga0.6Fe1.4O3薄膜相比,在Nb-STO(111)衬底上制备

2-32

的GaFeO薄膜剩余极化值较大,为0.35μC/cm,漏电流密度较小,为10A/cm。

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(2)GaFeCuO(x=0.02和0.05)薄膜的制备与性能研究。利用脉冲激光沉

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积技术在SrTiO(111)和Nb-STO(111)衬底上制备了GaFeCuO(x=0.02和

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0.05)薄膜,研究了退火后薄膜的结构、形貌、化合价态、磁性和铁电性。结构测试

表明,退火后GaFeCuO(x=0.02和0.05)薄膜沿着(00l)方向外延生长,没有

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杂质相;XPS测试结果表明薄膜中Cu以

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