基于BiFeO3铁电薄膜的自组装纳米电容结构的微区铁电和导电性能研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangfuqun
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BiFeO3(BFO)是一种罕见的单相多铁性材料,因其室温下兼具优越的铁电性和反铁磁性,有望用于新型传感器及低能耗高密度存储器,在近十年来掀起了一阵研究热潮。在BFO用于超高密度数据存储技术研发过程中,微型化已成为一个关键性问题。然而目前在纳米尺度BFO的研究都还不多见,缺乏建构大面积小尺寸纳米点阵列的有效方法。本文利用脉冲激光沉积(PLD)法成功制备了带有自组装纳米岛结构的BFO薄膜。通过工艺参数的优化,获得了面内尺寸只有10~30nm大小的超小电容器,并对其微区铁电性和导电性能进行了系统的研究。取得了以下研究成果:  1.在Si衬底上制备BFO薄膜实验中发现:使用了过量铋的BFO靶材,通过PLD沉积法可生长出带有富铋杂相的多晶BFO薄膜,通过原子力显微镜发现其薄膜表面存有离散分布的自组装纳米岛结构;在满足成膜所需温度的前提下,提高沉积温度可使纳米岛的大小更加均匀。  2.在STO衬底上制备外延BFO薄膜实验中发现:在平坦的BFO薄膜上也可自组装纳米岛,并且这些纳米岛呈矩形,表现出单晶特征;随着薄膜沉积厚度的增加,纳米岛也随着长高和变大。  3.通过透射电子显微镜(TEM)对带有纳米岛结构的超薄BFO薄膜进行分析发现:纳米岛的主要成分为Bi2O3,并且纳米岛是生长在BFO薄膜上而非底电极LSMO薄膜上,这样的Bi2O3/BFO/LSMO复合结构可以构成微小的电容,其面内尺寸只有10-30nm左右。  4.通过压电响应力显微镜(PFM)分析发现:Bi2O3纳米岛的覆盖可在BFO薄膜上诱导出面外取向相反的电畴,并明显降低了所覆盖区域BFO薄膜铁电畴翻转所需外加电压,使其铁电极化更易翻转。  5.通过导电原子力显微镜(C-AFM)分析发现:在电流分布图中可以看到,Bi2O3纳米岛的位置上存在低电阻的微小区域;对不同区域的Ⅰ-Ⅴ曲线分析得知,BFO薄膜显示出明显阻变特征,而纳米岛的存在显著降低了其高低阻态转换所需的偏置电压。这个结果对建构高密度低能耗的存储器件有一定意义。
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