BiFeO3.doc

在L10FePt（100）/玻璃基底上的BiFeO3（001）的溅射制备在玻璃基底和工业Pt/Ti/SiO2/Si(001)基底上，温度为450的BFO薄膜的制备已经被研究过了。有不同取向的衬底也已经在玻璃基底上制备了，其中包括Pt（111）和经迅速退火过程诱发的FePt（001）。各向同性的钙钛矿BFO在工业基底上形成约200nm的尺寸，显现出大的表面粗糙度。Pt（111）抑制了BiFeO3相，单晶相有强的（001）结构的钙钛矿BFO，能够减少表面粗糙度和在L10-FePt（001）缓冲层形成良好的尺寸。 铁性钙钛矿化合物BiFeO有高的铁电居里温度（830）和反铁磁性的奈尔温度（370）最近几年获得了基础呀酒的价值并且在自旋电子学装置应用也有了潜力。是基于电子和磁性极化的耦合。室温下大的极化在BFO期待，是因为大的晶格变形和高的Tc，但BFo单晶沿（001）和（111）显现出小的极化，分别为3.5lC/cm2和6.1 lC/cm2，然而BFO薄膜有很强的铁电极化和弱的铁磁性能。BFO薄膜的铁电性能依赖于结构和薄膜取向。BFO（001）薄膜显现出一些优点，包括低的电矫顽场。抗疲劳强度和更高的压电系数，但是与（111）和（110）取向的BFO薄膜样品比较，有一较低的剩余极化强度。因此，综合研究已经在各种基底上生长出BFO（001）薄膜，包括SrRuO3, LaNiO3, or Pt作为电极和SrTiO (100), MgO(100), TbScO (110), and Si(100)单晶基底。从加工理论的观点看，大多数关于BFO薄膜的生长研究都是在激光镭射沉积（PLD）取得的。然而，溅射BFO的研究相当少，源于很难获得高质量的样品，虽然被广泛用于工业。更重要的是，目前很少有在玻璃基地上生长BFO薄膜的报道，虽然玻璃作为基底材料被采用。在这项工作中，我们试图采取射频磁控溅射在在玻璃基底上制造出BFO薄膜。BFo薄膜高的过程温度限制了他们的应用。Pt已经被证明可以在PLD BFO（001）/Pt(001)/MgO(001)中减少溅射温度。在这研究中，我们采用Pt（111）和铁磁L10-FePt(001)作为基层电极来生长出BFO薄膜在玻璃基地上，BFO也同样生站在工业Pt/Ti/SiO2/Si基地上作为对照、BFO薄膜的结构和铁电性质也做了记录。薄膜用射频磁控溅射，环境真空度高于5*10 -7.FePt和Pt衬底层是20nm首先在1737好玻璃基底上室温下溅射，5mTorr的Ar气压强。然后迅速退火过程在400和650持续10min以有Pt(111) and L10-FePt (001)结构的发展。随后BFO薄膜在沉积温度为450下进行沉积。工业的Bi1.1FeO3靶要用到。工作压强是10mTorr氩气和氧气比例4:1。薄膜的成分可通过能量色散x射线分析仪识别EDX和x射线荧光分析检验。晶体结构是用Cu Ka射线XRD获得、表面形态用SEM。对电学性质的测量，直径Pt200m的尖端电极用荫罩溅射在薄膜表面、铁电性质室温下用TF2000分析仪来测量。图1显现了BDO薄膜在不同基底下温度为450的XRD图样。纯粹的各向同性钙钛矿BFO相可在工业基底上获得正如BFO峰所标明的那样。除此之外，BFO薄膜衍射风的最强就是从Td =350400 C的（110）面到Td =450的（001）面转变。通过在Pt/Ti/SiO2/Si(100)基底上BFO薄膜的最优惠条件，正如实验中阐明的那样，根据铁电性质，纯的BFO相 对于在玻璃基底上大于300nm的膜厚是存在的。但Pt（111）衬底抑制了BiFeO3相。图1 标明在Pt/Ti/SiO2/Si(100)基底，最优化条件下的SEM图样。观察得到BFo薄膜显现出了稠密的形态估计生长尺寸在200nm左右。根据以上结果，总结道金属衬底层可能在减少沉积温度上时有帮助的，除此之外，在优化条件下BFO（001）是比其他取向更稳定的。这事实鼓励我们去探寻与晶格常数类似的（001）结构的金属衬底以在更低的溅射温度下生长BFO（001）面。据报道，FM L10-FePt有高的（001）择优取向，可以通过室温下在玻璃基底上FePt的直接沉积和迅速退火。除此，在四角形的L10-FePt(001) (a=3.86A )和BFO（3.965A）有一点不同。提供给了可能性，关于BFO薄膜在L10-FePt(001)上的（001）择优取向的生长。为准备强的FePt(001)薄膜结构，我们首先准备20nm后的FePt薄膜在室温下，玻璃基底上。有A1结构的FePt待沉积薄膜是无序的。在京约650迅速退火约10min，有序无序的沾边发生，和强的（001）结构形成了，（001）超点阵和（002）基础峰在图3.a中显示出。3.1b是低对比下的SEM薄膜图像。表明了平坦的形态。平坦表面对于下面的BFO薄膜的（001）择优取向是有帮助的，结果证明了高质量的（001）结构FePt衬底层时成功得到制备。 图4显示了150nm厚度的BFO薄膜生长在L10-FePt缓冲层XRD图样，温度为450。单一的有强的（001）钙钛矿BFO相成功被L10FePt（001）衬底层所感应，正如BFO（001）和（002）峰所出现。衍射峰与晶格结构相对应。图4.b是薄膜的SEM图样。为了对比在工业基底上的BFO薄膜，在FePt（001）衬底上生长的薄膜显现出了一个平坦表面和稠密的微结构。平均尺寸在50-100nm之间。图 5描述了电极化成磁滞回线 150 nm BFO薄膜 长在玻璃基底上 FePt缓冲层和200nmBFO薄膜长在Pt/Ti/SiO2/Si(100)基底下 温度为450。在L0-FePt（001）缓冲层的高的（001）结构的BFO（001）薄膜显现出高的铁电性质2Pr=50 lC/cm2andEc =575 kV/cm。这些值可以与在 Pt/MgO(001) 基底上 通过OLD的 BFO （001）薄膜相比较。另一方面，结果通过原子力显微镜和SEM，表明各向同性BFO薄膜在Pt/Ti/SiO2/Si(100)基底上的，显现出有大的均方根粗糙度（R rms）24.5nm粗糙的表面形态，导致了较小的铁电性质。2Pr=5.1 lC/cm2and Ec=547 kV/cm。对工业基底上的BFO薄膜，在L10-FePt(001)缓冲层玻璃基底上的（001）BFO，有稠密的微观结构，和较小的表面粗糙度在电极化强度上显现出了约10被的显著加强。 总结，高的钙钛矿结构的BFO（001）薄膜成功的在L10-FePt(001)缓冲玻璃基底生长通过射频溅射。FML10-FePt(001)缓冲玻璃基底使我们相信可以在低于450下制造出（001）结构的BFO薄膜。低温沉积过程导致稠密微结构和较少的表面粗糙度，其是可以增强铁电性质的。BF（001）薄膜在L10-FePt