老化对BiFeO3基薄膜多重铁性的影响研究

`````分类号：TN384单位代码：10427密级：公开学号：2010010125硕士学位论文老化对BiFeO3基薄膜多重铁性的影响研究研究生姓名王肖鹏导师姓名黄伟明学科（领域）******申请学位类别****硕士答辩时间2010年5月29日`````InfluenceofAgingBehaviorsonMultiferroicPropertiesofBiFeO3-basedThinFilmsByWANGXiaoPengUndertheSupervisionofHUANGWeiMingAThesisSubmittedtotheUniversityofJinanInPartialFulfillmentoftheRequirementsFortheDegreeofMasterof*********UniversityofJinanJinan,Shandong,P.R.ChinaMay,2010此列汉字小三号楷体，英文或数字等用小三号TimesNewRoman，居中`````原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用授权的声明本人完全了解济南大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借鉴；本人授权济南大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。□公开□保密（____年，解密后应遵守此规定）论文作者签名：导师签名：日期：`````目录第一章绪论........................................................................................................................11.1多重铁性.....................................................................................................................................11.1.1铁磁性..............................................................................................................11.1.2铁电性..............................................................................................................11.2基于铁电薄膜的器件...............................................................................................................11.2.1铁电存储器......................................................................................................21.2.2铁电场效应管..................................................................................................21.3铁电薄膜相关物理模型..........................................................................................................2第二章实验方案设计与研究方法........................................................................................32.1原料...............................................................................................................................................3第六章结论与展望..................................................................................................................4参考文献....................................................................................................................................5致谢..........................................................................................................................................7附录........................................................................................................................................8`````摘要在很多材料中都能观察到老化现象，它表现为材料的某些性质随着时间的推移而逐渐发生变化。在铁电材料中，老化行为主要表现为双电滞回线现象和矫顽场的非对称现象。关键词：多重铁；BiFeO3；老化行为；低价掺杂`````AbstractAgingbehaviorsarefrequentlyobservedinmanykindsofmaterials,indicatingthegradualchangesofcertainpropertiesofmaterialswithtimeelapsing.Forferroelectricmaterials,theagingbehaviorsmainlyincludethephenomenaofdoublehysteresisloopsandasymmetryofcoercivefield.KeyWords:multiferroic;BiFeO3;agingbehavior;low-valentdoping`````第一章绪论1.1多重铁性多重铁性材料被定义为同时具铁电性、铁磁性和铁弹性中两种或两种以上性质的材料[1]。典型的多重铁性材料包括稀土亚锰酸盐（例如：TbMnO3、TbMn2O5、HoMn2O5）、稀土铁氧体（例如：LuFe2O4）、含铋化合物（例如：BiFeO3、BiMnO3）和某些氟化物（例如：BaNiF4）等[2,3]。1.1.1铁磁性过渡族金属（如铁）及它们的合金和化合物所具有的磁性叫做铁磁性，这个名称的由来是因为铁是具有铁磁性的物质中最常见也是最典型的。1.1.2铁电性图1.1BFO单胞的晶体结构1.2基于铁电薄膜的器件如上所述，为了使铁电体的极化状态翻转，需要对其施加一定的外加电场。由于铁电薄膜与铁电陶瓷和块材相比在厚度上拥有巨大的优势，所以在铁电薄膜中实现极化翻仅需要很低的电压[7]。这使得铁电薄膜非常适合在集成电路中应用。`````1.2.1铁电存储器基于铁电体存在两个稳定的极化状态的事实，很容易想到将铁电体的两个状态分别表示为0和1，从而达到存储信息的目的。但是，要将这一想法变为现实却非常困难。首先，所有的硅基的电子器件都工作在5V以下，而铁电材料典型的矫顽场都在几kV/cm的数量级上，因此要满足这一要求必须制备出相当薄的铁电薄膜（亚微米级）。得益于目前先进的薄膜沉积技术，这已不再是问题，并且高密度的非挥发性铁电存储器已经可以商业化。但是，铁电存储器的可靠性却依然是关键的问题。这意味着设计和制造铁电存储器的成本依然很高，并且依然很难保证在使用十年后一枚铁电存储器仍能正常的工作。只有解决了可靠性问题，铁电存储器才能被成功应用[8]。1.2.2铁电场效应管使用铁电材料替换场效应管(FET)中制造栅极所用的金属材料，可以制造出场铁电效应管。这种铁电场效应管栅极极化状态可以通过简单的测量源极和漏极之间的电流获得，从而实现的极化状态的非破坏性读出。由于这种读出方式不需要在读取极化状态后对铁电材料进行重新写入的操作，使得对这种器件仅仅进行频繁读出操作的情况下，不会产生明显的疲劳现象。FET的概念首先是由Ross[9]在一份美国专利中提出并由Moll和Tarui[10]首次实现的。………1.3铁电薄膜相关物理模型……..这一模型可表述为翻转的电荷的量是场强和频率的函数，即：)()()'''()'''()'''(hldphldflknplkhflkhIIII(1.1)`````第二章实验方案设计与研究方法2.1原料本论文主要研究BiFeO3基薄膜的老化行为及其对多重铁性的影响，实验所用化学试剂如表2.1所示。溶液和薄膜制备过程中用到的有关设备如表2.2所示。表2.1实验所用试剂名称分子式分子量纯度产地硝酸铋Bi(NO3)3·5H2O485.07分析纯天津市福晨化学试剂厂硝酸铁Fe(NO3)3·9H2O404.02化学纯国药集团化学试剂有限公司硝酸钙Ca(NO3)2·4H2O236.15化学纯国药集团化学试剂有限公司硝酸镍Ni(NO3)3·6H2O290.81化学纯国药集团化学试剂有限公司乙酸CH3COOH60.05分析纯国药集团(上海)化学试剂公司乙二醇HOCH2CH2OH62.07分析纯天津市光成试剂有限公司………`````第六章结论与展望本文旨在研究BFO薄膜的老化机制及其对多重铁性的影响，建立了BFO的老化理论模型，并采用金属有机物分解法（MOD），通过层层退火工艺在低温制备了一系列在A位和B位进行了低价掺杂的BFO铁电薄膜，在实验上定性和定量的验证了BFO老化模型的正确性。……………………….`````参考文献[1]方允中,郑荣梁.自由基生物学的理论及应用[M].第2版.北京:科学出版社,2002.[2]MICHELLAL.Introductiontogeneticalgorithms.[M].3rded.Cambridge:MITPress,1996.[3]马克思.关于《工资、价格和利润的报告札记》[M]//马克思,恩格斯.马克思恩格斯全集:第14卷.北京:人民出版社，1982:505.[4]梁舰,李建章,周波等.N-羟基邻苯二甲酰亚胺用于有机氧化反应的研究进展[J].化学研究与应用,2004,16（5）:597-600.[5]CHENDiHui,BOGYDB,WANGKenCeng,etal.Singularstressfieldnearthecornerofjointeddissimilarmaterials[J].JournalofAppliedMechanics,1993,60(3):607-613.[6]LIXiaoFeng,FENGDengGuo,HEYongZhong.ResearchonpreprocessingpoliciesinXACMLAdmin[J].JournalofComputerResearchandDevelopmen