钙钛矿氧化物铁电、铁电薄膜的磁性、输运及铁电特性研究

IMR OpenIR

	钙钛矿氧化物铁电、铁电薄膜的磁性、输运及铁电特性研究
	王显威
学位类型	博士
导师	张志东
	2011
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	北京
学位专业	材料物理与化学
关键词	薄膜脉冲激光沉积溶胶-凝胶法铁电性能磁性能 Films Pulsed Laser Deposition Sol-gel Method Ferroelectric Properties Magnetic Properties
摘要	"本文利用脉冲激光沉积法（PLD）制备了SrRuO3、BaTiO3/SrRuO3、La0.7Sr0.3 MnO3/BaTiO3/SrRuO3薄膜，研究了这些薄膜的外延取向、界面结构和薄膜的磁、输运、铁电和磁电等特性。利用溶胶—凝胶法制备了PbZr0.52Ti0.48O3 (PZT)薄膜并通过微波快速晶化，研究了PZT薄膜的结构变化以及电学性能。最后，研究了退火温度对溶胶—凝胶法制备的CoFe2O4薄膜的结构和磁性的影响。研究了沉积温度对沉积在(001) SrTiO3上的SrRuO3（SRO）薄膜的磁性和输运行为的影响。发现750 °C沉积得到的SRO薄膜在5-310 K测试温度范围内表现为金属导电。随着沉积温度的降低（如700 °C和650 °C），薄膜中发生了金属—绝缘体转变。而600 °C沉积的SRO薄膜则在整个测试温度范围内都表现为绝缘体导电行为。相应地，随着沉积温度的降低，薄膜的垂直磁各向异性也逐渐减弱。随着沉积温度的升高，薄膜垂直膜面的晶格常数逐渐减少，表明薄膜中存在的应力逐渐减少。结合晶格常数的变化，发现应力的变化导致了薄膜上述磁性和输运性能的变化。采用预先沉积了SRO电极的STO基片在30 Pa较高氧压下制备了c轴取向的BaTiO3(BTO)薄膜，同时避免了漏电。BTO薄膜的电容具有良好的电压调谐率。室温下，BTO薄膜的饱和极化为14.2 μC/cm2，剩余极化为7.3 μC/cm2，矫顽场为29.5 kV/cm。在La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/SrRuO3复合薄膜中， La0.7Sr0.3MnO3（LSMO）薄膜是沿着BTO的岛状结构往上生长的，薄膜的均方根粗糙度为4.82 nm。研究发现BTO薄膜具有良好的铁电性，LSMO薄膜表现出典型的铁磁性。施加电压极化BTO，可以使LSMO薄膜的电阻率升高。280 K下，在用4 V电压极化BTO后，LSMO电阻率的变化率为0.17 %左右。研究对比了普通热退火、快速热退火和微波（2.45 GHz单模式微波的磁场）等三种处理方法对溶胶—凝胶法得到的PZT薄膜的结构和性能的影响。快速微波处理和快速热退火处理得到PZT薄膜的性能远好于普通热退火处理得到的PZT薄膜，剩余极化是普通热退火处理所得薄膜的2倍左右，快速微波处理得到的PZT薄膜的剩余极化为24 μC/cm2，介电常数为590。研究了微波快速晶化过程中PZT薄膜的结晶过程和结构变化以及所得薄膜的电学性能。550 °C微波处理60 s的PZT薄膜呈单一的烧绿石相，600 °C时薄膜为烧绿石相和钙钛矿相两相共存，650 °C-750 °C微波处理60 s薄膜呈单一的钙钛矿相。在650 °C微波处理的时间少于60 s时，薄膜为烧绿石相和钙钛矿相共存；即使在处理时间短至2 s，薄膜中仍然存在少量的钙钛矿相。钙钛矿圆形晶粒在PZT/Pt界面形核并快速生长至薄膜表面，同时伴随着横向生长，当这些晶粒生长至彼此接触时就形成了最终的棱形柱状晶结构。微波处理所得薄膜的电学性能和其组织结构相对应。研究了退火温度对CoFe2O4（CFO）薄膜的结构和磁性的影响，发现CFO薄膜在600 °C及以上温度退火后出现了化学计量比的尖晶石相。随着退火温度的升高，CFO柱状晶的晶粒大小从13 nm增大到50 nm。饱和磁化强度随着退火温度的升高而从200 emu/cm3逐渐增加到283 emu/cm3。750 °C退火得到的CFO薄膜呈现垂直磁各向异性，在CFO薄膜中也观察到团簇状结构的磁畴，磁畴尺寸约为150 nm。"
其他摘要	SrRuO3, BaTiO3/SrRuO3 and La0.7Sr0.3MnO3/BaTiO3/SrRuO3 films were fabricated by the pulsed laser deposition (PLD). The structure (such as epitaxial growth and interface) and physical (such as magnetic and transport, dielectric and ferroelectric) properties of these films have been investigated. Pb(Zr0.52Ti0.48)O3 (PZT) thin films were prepared by the sol-gel method and treated by the microwave annealing. The crystallization process and corresponding ferroelectric properties of the PZT films have been studied. The effect of annealing temperature on the structure and magnetic properties of CoFe2O4 (CFO) films has been investigated.
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/64302
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	王显威. 钙钛矿氧化物铁电、铁电薄膜的磁性、输运及铁电特性研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所,2011.