磁电多铁性薄膜的制备及性能研究-材料科学与工程专业论文.docx

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磁电多铁性薄膜的制备及性能研究-材料科学与工程专业论文

万方数据 万方数据 PREPARATION AND INVESTGATION OF MAGNETOELECTRIC MULTIFERROIC THIN FILMS A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Materials Science and Engineering Author: Yu Guo Advisor: Feiming Bai School : School of Microelectronics and Solid-State Electronics 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的 地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不 包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 作者签名: 日期: 年 月 日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘, 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技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、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 作者签名: 导师签名: 日期: 年 月 日 摘要 摘 要 近年来,随着薄膜材料在微电子技术中的广泛应用,多铁性薄膜材料成为人 们研究的热点,尤其是在探索其制备技术上,典型的制备技术包括 MBE(分子束 外延生长)、MOCVD(金属有机物气相外延生长)和 PLD(脉冲激光沉积)。磁控 溅射法具有沉积速率快,溅射出的薄膜纯度高、致密性和均一性好等优点,而且 相较其它外延生长方式,磁控溅射法与 IC 工业兼容,在工业界应用最为广泛。新 出现的离轴磁控溅射(off-axis magnetron sputtering)克服了传统磁控溅射溅射粒子 反刻蚀的缺点,改善了外延薄膜的质量,大大提高了磁控溅射的应用潜能。 本文首先用离轴射频磁控溅射法在(001)、(110)和(111) SrTiO3 和 Nb 掺杂 SrTiO3 单晶基片上成功生长了 400nm 厚的高质量的外延 BiFeO3 薄膜。接着,不同厚度 的 CoFe 铁磁层又沉积在 BiFeO3 薄膜上形成异质结。磁化曲线测试表明:在(001) 和(110)-BiFeO3 薄膜上都可以观察到矫顽力的增加(即交换增强效应)和磁滞回线 的偏移(即交换偏置效应)。但没有在 CoFe/(111)BiFeO3 异质结中观察到交换偏置 现象。各向异性磁电阻测量支持这一结果。因此,我们认为无论是 109o 铁电畴、 71o 铁电畴或者螺旋自旋结构的破缺都可以导致交换偏置效应,而在(110)-BiFeO3 薄膜中发现大于 70 Oe 的交换偏置场十分重要,这意味着一方面我们可以通过面外 电场操控交换偏置,降低了器件设计的难度;另一方面,可以通过施加不同电场 强度来控制电畴翻转后的极化取向,从而有望实现可逆的交换偏置场调控。 另外 采用离轴磁控溅射法在 (001) MgAl2O4(MAO) 单 晶 基 片 上 生 长 0.6Pb(Zr0.52Ti0.48)O3-0.4NiFe2O4(PZT-NFO)外延薄膜,讨论了温度对于外延薄膜成相 和磁性的影响,并且确定了 850oC 是制备 PZT-NFO 外延薄膜的最佳温度;通过增 加溅射时间提高薄膜的厚度,进而改变 NiFe2O4 纳米柱的长径比,由此我们研究了 薄膜的形状各向异性、静磁相互作用以及铁磁共振现象。由于在 PZT 相和 NFO 相 之间和在 PZT 基质和 MAO 衬底间的理想晶格匹配性,与 BiFeO3-NiFe2O4 体系相 比,FMR 的铁磁共振线宽显著降低到 271 Oe。以后的工作将专注于通过电场调控 FMR 频率上。 关键词:多铁磁电薄膜,离轴磁控溅射,交换偏置,FMR I ABSTRACT ABSTRACT In recent years, with thin film materials widely used in microelectronics, multiferroic thin-film materials become an interesting research field, especially in the preparation technology, typically including MBE

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