纳米尺度的磁电复合薄膜

纳米尺度的磁电复合薄膜具有优良的铁电铁磁耦合特性,其在下一代新型多功能器件中具有大的应用潜力,从而引起了广泛关注.介绍了纳米尺度磁电复合薄膜的实验制备和性能,重点论述了磁电复合薄膜中的铁电相和铁磁相材料,最后指出了磁电复合薄膜中尚待进一步研究的问题.     

FRAM用铁电薄膜疲劳问题研究进展

综述了FRAM用铁电薄膜的疲劳机理，对比了钙钛矿结构铁电体与铋层类钙钛矿结构铁电体的区别，介绍了铋层奚钙钛矿结构铁电材料的优良抗疲劳性能与该类铁电材料结构的密切关系，和为提高铋层类钙钛矿结构铁电薄膜Bi4Ti3O12的抗疲劳性能所采取的掺杂改性的研究现状，并针对目前铁电薄膜制备中存在的问题提出了今后研究需着重解决的关键问题。     

超薄钛酸铅纳米管铁电性和力电耦合特性的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理的方法研究了超薄钛酸铅(PbTiO₃)纳米管的铁电性及力电耦合特性。研究发现对于钛酸铅铁电纳米管结构, 即使在其特征尺寸小于铁电薄膜的铁电临界尺寸时, 依然存在自发极化。钛酸铅铁电纳米管结构不存在铁电临界尺寸。对纳米管力电耦合效应的研究发现, 轴向应变作用会引起包括极化沿轴向方向的铁电相、顺电相和极化沿周向方向的铁电相在内的丰富的相转变。这种相的转变是由于轴向应力所导致的Pb-O共价键的变化所引起的。另一方面, 研究了钛酸铅纳米管结构的机械强度, 明确了在轴向拉伸和压缩作用下纳米管的临界载荷。     

流延成型法制备2-2型多层(CoFe_2O_4-Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3)_n磁电复合薄膜

运用流延成型法制备了具有良好铁电铁磁性能的2-2型多层(CoFe_2O_4-Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3)_n[(CFOPZT)n]磁电复合薄膜。通过X射线衍射仪、扫描电镜、振动样品磁强计和铁电测试仪测试研究了(CFO-PZT)n复合薄膜的组织结构、铁磁和铁电性能。结果表明,钙钛矿结构的PZT和尖晶石结构的CFO相对均匀地分布在多层复合薄膜各层中,界面平整均匀。随热处理温度的升高,薄膜致密度提高,晶粒长大,但相结构未变,无新相形成。900℃热处理的(CFO-PZT)n复合薄膜结晶更完善,磁电性能好,剩余极化强度为32.63μC/cm~2,饱和磁化强度高达80.56kA/m,在2.29×10~4 A/m偏置磁场处有最大磁电耦合系数17.69kV/(cm·T)。     

柔性多铁复合薄膜磁电耦合效应研究进展

随着现代信息技术的不断发展，集电、磁于一身的多铁复合薄膜材料因其独特的物理特性已在换能器、传感器、存储器等领域应用广泛。然而，尽管多铁复合薄膜克服了陶瓷因高温烧结造成磁电耦合系数较小的缺点，但多铁复合薄膜中的铁电相也存在韧性差、脆性大，从而限制其在柔性器件中的应用。通过将铁磁相与具有柔性的铁电相复合而成的柔性多铁复合薄膜理论上可获得强的磁电耦合性能，同时因其具有优异的柔韧性和延展性，有望应用于便携式可穿戴设备、医疗设备、磁电传感器设备等领域。但是，柔性多铁复合薄膜的磁电耦合效应与磁电相的性能、组成、两相的接触面积以及两相间的复合形式等因素有关，其中，复合形式是影响耦合系数的关键因素。因此，综述了国内外复合形式影响柔性多铁复合薄膜磁电耦合效应的研究进展，并提出了一些亟待解决的问题。     

A-位和B-位共掺的Bi4Ti3O12陶瓷的结构及其铁电性能

采用固相烧结法制备了Bi3.55Nd0.45Ti3-xNbxO12(x=0、0.02、0.05、0.08、0.15)系层状钙钛矿结构无铅铁电陶瓷。通过X射线衍射仪(XRD)可以看出陶瓷样品为铋层状钙钛矿结构,并无杂相生成。随着Nb的含量增多,其衍射峰向低角度移动。从扫描电子显微镜(SEM)可以看出陶瓷晶粒为片状。利用阻抗分析仪LCR(HP4284A)测试了陶瓷的介电性能,研究表明AB位共掺钛酸铋陶瓷的居里温度在275℃左右,而Bi4Ti3O12的居里点是675℃,前者比后者下降了400℃。在利用铁电综合测试系统对铁电性能的研究过程中发现,与x=0.05相比,x=0.15的矫顽场(Ec)和剩余极化强度(2Pr)分别减小了5kV/cm和2μC/cm2。     

硅基三元系PMnN-PZT铁电薄膜制备与研究

利用磁控溅射方法在单晶Si基底上沉积三元系铁电薄膜6%PMnN-94%PZT(6%Pb(Mn1/3,Nb2/3)O3-94%Pb(Zr0.52,Ti0.48)O3),采用淬火方法对薄膜进行处理,以促进薄膜钙钛矿结构形成。同时,在相同条件下制备非掺杂PZT(52/48)薄膜以对比薄膜掺杂效果。运用X射线衍射(XRD)技术分析薄膜晶向及晶体结构,运用Sawyer Tower电路测试薄膜铁电性能,运用激光测振仪测试薄膜的压电系数。实验结果表明,所沉积薄膜为多晶钙钛矿结构铁电薄膜,薄膜铁电剩余极化Pr=23.7μC/cm2,饱和极化Ps=40μC/cm2,矫顽场电压2Ec=139kV/cm,横向压电系数e11=-13.2C/m2,薄膜的铁电及压电性能优良。     

钛酸铋钠系列铁电薄膜的研究

铁电薄膜材料、集成铁电器件以及与之相关的物理问题,多年来一直是物理学（特别是电介质物理学）、材料科学与工程、微电子与光电子等领域的科学技术人员所关注的重要问题之一。重点介绍了钛酸铋钠系列铁电薄膜及其掺杂的研究,同时介绍了笔者对钛酸铋钠薄膜掺杂钙、锶、钡的一系列研究工作。     

掺杂对BiFeO3薄膜电、磁特性影响综述

随着科技的高速发展,多铁性材料已经成为传感器、微波器件、数据存储、自旋电子学及太阳能电池等领域的研究热点,在智能材料与器件方向显示出可观的应用潜力。BiFeO_3及其衍生的一系列材料Bi_(1-x)AxFeO_3(A=La,Nd,Sm)、BiFe_x B_(1-x)O_3(B=Ni,Mn,Co)的发现使得多铁性材料获得了更迅猛的发展。这类材料属于单相钙钛矿氧化物型多铁材料,在室温以上同时具有铁电、压电、介电、电光、铁磁、光伏、磁电耦合、光催化等效应。BiFeO_3作为一种单相多铁性材料,与同类的多铁性材料相比,其具有较高的居里温度、尼尔温度以及较小的光学禁带宽度和较好的化学稳定性等特点。然而,在制备BiFeO_3的过程中,部分Fe~(3+)向Fe~(2+)转变,并且铋元素熔点较低容易挥发,产生大量的氧空位,造成漏电流较大,很难得到具有较高剩余极化强度的样品;并且BFO薄膜室温下弱的磁性等性质使其实际应用受到极大的限制。多年来国内外学者致力于改善制备条件和参数,使用更先进的制备方法,改用更合适的衬底材料及进行离子掺杂等,以制备多层复合薄膜。其中,离子掺杂对减小漏电流,提高铁电性及室温磁性方面的效果最为理想。各国研究者已经制备出比纯BiFeO_3材料性能更好的掺杂和复合BiFeO_3材料。在不同的位置掺杂多种元素较掺杂单一元素能更好地改善材料的性能。最新报道的采用溶胶-凝胶法制备的多个混合掺杂离子Bi_(0.88)Sr_(0.03)Gd_(0.09)Fe_(0.94)Mn_(0.04)Co_(0.02)O_3薄膜的剩余极化强度增加到108μC/cm~2,显著高于La、Mn、Zn等元素单掺杂得到的极化强度(69.47μC/cm2)。同时,掺杂BiFeO_3薄膜的磁化强度比纯BiFeO_3薄膜提高了3～4倍。这可能是源于:掺杂离子抑制Bi3+的挥发和Fe3+的还原,减小氧空位和缺陷浓度,从而减小漏电流,进一步改善BiFeO_3薄膜的铁电性能;掺杂离子也会导致结构的畸变而打破其螺旋磁结构,从而产生较强的室温磁性。本文首先简单介绍了BiFeO_3材料的结构及其掺杂元素的种类,然后讨论了A位、B位和AB位共掺杂离子对提高BiFeO_3薄膜弱的室温磁性以及减小漏电流、提高铁电性产生的影响,并进一步分析了产生影响的原因,最后提出了未来研究工作的方向。     

功能梯度铁电铁磁复合材料弯曲模态下的磁电效应

基于磁致伸缩相与压电相的本构方程,应用弹性力学的方法,建立了功能梯度铁电铁磁复合材料弯曲模态下的磁电耦合静态力学模型。假设铁电和铁磁材料的物理参数均为沿厚度方向的线性或指数函数,分析计算了由PZT作为铁电材料和CoFe2O4作为铁磁材料的双层复合材料的磁电效应。结果表明,在弯曲模态下,磁电电压系数出现两个峰值。负梯度的铁电(或铁磁)材料提高磁电效应,正梯度的铁电(或铁磁)材料降低磁电效应。同号梯度的铁电铁磁材料对磁电效应的影响更大。     

磁电复合薄膜材料的理论和实验研究进展

磁电复合薄膜材料由铁磁相和铁电相复合而成,其在一定温度范围内不仅同时具有铁磁性、铁电性,而且更重要的是具有磁电耦合效应或磁电效应,已成为目前功能材料领域新的研究热点之一。阐述了磁电复合薄膜的磁电耦合机制,介绍了磁电复合薄膜的分类和特点;综述了磁电复合薄膜理论研究中几种主要的研究方法,并论述了实验研究的进展;最后指出了目前磁电复合材料研究中存在的问题和发展趋势。     

铁酸铋薄膜的电学特性及掺杂影响分析

利用溶胶-凝胶法在氧化铟锡(ITO)衬底上制备了多铁性铁酸铋薄膜,发现这种方法制备的薄膜具有典型的钙钛矿晶体结构,并表现出较好的介电性能。薄膜的漏电和铁电性能测试表明由于漏电流比较大,薄膜在室温下表现出不饱和的电滞回线,难以精确获得剩余极化强度值。而在外加扫描电压或电流时,薄膜均呈现出明显的阻变效应,可应用于阻变信息存储。最后,分析讨论了元素掺杂对薄膜铁电性能和阻变效应的影响。     

硅基Bi4Ti3O12薄膜的C-V特性研究

Bi4 Ti3O12是典型的层状钙钛矿结构铁电材料,具有优良的压电、铁电、热释电和电光等性能,可广泛应用于铁电存储器、压电和电光等器件.本文在硅衬底上利用溶胶凝胶法制备出Bi4 Ti3O12铁电薄膜,并且对其性能进行了研究.测量不同退火温度下得到的Ag/BTO/p-Si结构的C-V曲线,结果表明Bi4 Ti3O12薄膜在合适的制备工艺下可望实现极化型存储.     

Sol-Gel法硅基铁电薄膜研究

介绍了用溶胶 凝胶方法制备Pb(Zr0 .53Ti0 .4 7)O3(PZT)铁电薄膜的工艺流程。以硝酸锆、醋酸铅和钛酸四丁酯为原料 ,在 90 0℃ ,30min退火条件下制备了硅基PZT铁电薄膜。实验分析结果显示 ,PZT铁电薄膜的晶化很完善。研究了PZT铁电薄膜与硅之间的界面及其对铁电薄膜品质的影响。并在此基础上实现了制备PZT铁电薄膜的低温改进工艺。     

掺锡氧化铟基底上锆钛酸铅铁电薄膜的制备与表征

用溶胶-凝胶工艺在掺锡氧化铟导电氧化物基底上制备了锆钛酸铅（PZT）铁电薄膜．采用快速热处理工艺改进铁电薄膜的晶格取向，用X射线衍射仪分析了薄膜的结晶取向，分别基于Al／PZT／ITO，1TO／PZT／1TO电容结构利用Sawyer-Tower电路原理测试了薄膜的铁电性能．结果表明，在磁控溅射法生长的1TO表面能够制备出具有钙钛矿结构的（110）取向的PZT铁电薄膜，所得薄膜的相对介电常数达到1000，剩余极化强度Pr达到和Pt基底上接近的15．2uc／cm^2，矫顽场强Ec达到70．8kV/cm．并且利用TF Analyzer 2000铁电分析仪测试了PZT铁电薄膜的疲劳特性，发现ITO底电极上PZT薄膜经过108次反转后，剩余极化强度仅下降15％．研究表明：磁控溅射法制备的掺锡氧化铟透明导电薄膜ITO可以作为铁电薄膜的上下电极．     

铋层状结构铁电体的研究进展

铋层状结构铁电体 (BLSF) 作为一种类钙钛矿无铅铁电压电材料, 由于其在高温、高频以及非易失性铁电随机存储器等领域具有突出的综合优势, 因而受到广泛关注。本文以BLSF的综合特征为基础, 对其结构设计和微结构研究中存在的问题进行了详细探讨, 并重点总结了近二十年来其在性能优化和薄膜制备中取得的进展。此外, 本文还对一些以铁电为背景的新的研究方向做了介绍。最后提出了BLSF在未来发展中值得关注的几个重要问题。     

锆钛酸铅铁电薄膜的制备及性能研究

本文用无机锆盐代替锆的醇盐，研究了溶胶－凝胶技术制备锆钛酸铅（简称ＰＺＴ）铁电薄膜的热处理工艺、结构和电性能。研究结果表明，在Ｓｉ单晶基片上制备的ＰＺＴ薄膜为钙钛矿型结构的陶瓷薄膜，其晶粒细小、致密，且具有良好的铁电性能，适合于制备铁电存贮器。     

多铁性BaTiO3/La2/3Sr1/3MnO3复合薄膜的制备及其强磁电效应的研究

使用脉冲激光沉积技术,在(001)取向的LaAlO3(LAO)单晶基片上外延生长了BaTiO3/La2/3Sr1/3MnO3(BTO/LSMO)双层复合薄膜.电学和磁学性能的研究显示复合薄膜具有较低的相对介电常数(εr=263),优良的铁电和铁磁性能以及高于室温的铁磁居里温度(Tc=317 K).复合薄膜的磁电电压系数(αE)为176 mV/A,高于同类结构磁电系统一个数量级,相应的界面耦合系数k值为0.68,表明铁磁层和铁电层界面之间存在较大程度的耦合.     

磁电层状复合结构及其器件应用

磁电层状复合结构是层状铁电相与铁磁相的复合,该层状结构同时具有铁电性和铁磁性,呈现出磁电耦合效应.可以利用此复合结构制作具有磁电调、电可调双重可调特性的微波器件,拥有潜在而广阔的应用前景.主要介绍了磁电层状复合结构在微波延迟线、谐振器及移相器等方面的应用.     

室温磁电材料的制备与性能

室温下具有磁电性能的多铁性材料是近年来研究的热点,分析了室温铁磁电单相材料和复合材料的制备方法及其性能,特别是外延生长、二次烧结和无机/有机复合技术分别对单相铁磁电薄膜、颗粒弥散型以及层状铁磁电复合材料结构与性能的影响.结果表明,通过诱导晶格变形、消除体系杂相,能获得具有强室温磁电性能的单相磁电材料.通过提高磁性颗粒在复合材料中的分散程度,可以明显增强弥散型磁电复合材料的磁电性能.将磁性和铁电材料进行层状复合,选择合适的外场耦合模式,得到了高磁电耦合系数的复合材料.