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1、分类号：T N 3 8 4 密级：公开 蔚J 匆Z 学 单位代码：1 0 4 2 7 学号：2 0 1 0 0 1 0 1 6 7 硕士学位论文 B i F e 0 3 基薄膜的低温制备及漏电抑制 研究生姓名 导师姓名 学科( 领域) 申请学位类别 答辩时间 刘晶晶 胡广达 材料科学与工程 工学硕士 20 12 年6 月2 日 flllJIl1lIJlIlll1JI M f M H J 2 12 9 3 16 L o w t e m p e r a t u r ep r e p a r a t i o n a n d l e a k a g e i n h i b i t i o no f B
2、 i F e 0 3 - b a s e dT h i nF i l m s B y L I U J i n gJ i n g U n d e rt h eS u p e r v i s i o no f H U G u a n g D a AT h e s i sS u b m i t t e dt ot h e U n i v e r s i t y o fJ i n a n I nP a r t i a lF u l f i l l m e n to ft h e R e q u i r e m e n t s F o rt h eD e g r e eo fM a s t e ro f
3、 E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t yo f J i n a n J i n a n ，S h a n d o n g ，P R C h i n a M a y ，2 0 1 2 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：主1 1 晶晶 日期： 加殷多P 关于学位论文使用授权的声明 本人完
4、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F - p 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E p 或其 他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 。么开口保密( _ 年，解密后应遵守此规定) 论文作者签名：妄II 晶晶导师签名：吲qh 多日期：如肛( 午 济南大学硕士学位论文 目录 摘要I I I A B S T R A C T V 第一章绪论1 1 1 多铁材料的研究背景1 1 1 1 铁电性1 1 1 2 铁磁性2 1 2 多铁材料B i F e 0 3 的晶
5、体结构及其特性4 1 2 1B i F e 0 3 材料的研究背景4 1 2 2B i F e 0 3 的晶体结构及其特性5 1 2 3B i F e 0 3 薄膜的研究进展5 1 3 研究本课题的目的及意义10 1 4 本课题的主要工作1 0 第二章实验方案设计与研究方法1 2 2 1 试验所需化学试剂及常用测试仪器1 2 2 2B i F e 0 3 薄膜的制备1 3 2 2 1 铁电薄膜制备工艺1 3 2 2 2B i F e o 9 5 M n o 0 5 0 3 前驱体溶液的配制1 4 2 2 3B i F e o 9 7 M n o 0 3 0 3 前驱体溶液的配制1 4 2 2
6、4B i F e 0 3 薄膜的制备工艺流程一1 4 2 3B i F e 0 3 薄膜的表征手段1 6 2 3 1X 射线衍射1 6 2 3 2 铁电测试仪1 7 2 3 3 原子力显微镜1 7 2 3 4 扫描电子显微镜1 9 第三章单层厚度对B i F e o 9 5 M n o 0 5 0 3 薄膜结构与性能的影响2 0 3 1 引言一2 0 3 2 单层厚度对B i F e o 9 5 M n o 0 5 0 3 薄膜结构与性能的影响2 1 一 B i F e 0 3 - 基薄膜的低温制各及漏电抑制 3 2 1 单层厚度和退火温度对B i F e o 9 5 M n o 0 5 0
7、3 薄膜结构的影响2 1 3 2 2 不同层厚的B i F e o 9 5 M n o 0 5 0 3 薄膜的S E M 图2 3 3 2 3 不同层厚和不同退火温度对B i F e o 9 5 M n o 0 5 0 3 薄膜漏电流的影响2 5 3 2 4 不同层厚和不同退火温度的B i F e o 9 5 M n o 0 5 0 3 薄膜的漏电流机制2 6 3 2 5 不同层厚和不同退火温度的B i F e o 9 5 M n o 0 5 0 3 薄膜的电滞回线图2 8 3 2 6 不同层厚和不同退火温度的B i F e o 9 5 M n o 0 5 0 3 薄膜剩余极化关系图3 0 3
8、 3 小结3 1 第四章B i 过量对B i F e o 9 7 M n o 0 3 0 3 薄膜铁电性能的影响3 3 4 1 引言3 3 4 2B i 过量对B i F e o 9 7 M n o 0 3 0 3 薄膜结构与性能的影响3 4 4 2 1 不同退火温度对B i 过量2 0 的B F M O 薄膜结构的影响3 4 4 2 2 不同B i 过量对4 2 5 退火的B F M O 薄膜结构的影响3 7 4 2 3 不同退火温度对B i 过量2 0 的B F M O 薄膜表面形貌的影响3 8 4 2 4 不同B i 过量对4 2 5 退火的B F M O 薄膜的表面形貌影响3 9 4
9、2 5 不同B i 过量对4 2 5 退火的B F M O 薄膜的漏电流影响4 0 4 2 6 不同B i 过量对5 0 0 退火的B F M O 薄膜的铁电性能的影响4 2 4 2 7 不同B i 过量对4 7 5 。C 退火的B F M O 薄膜的铁电性能的影响4 3 4 2 8 不同B i 过量对4 5 0 退火的B F M O 薄膜的铁电性能的影响4 5 4 2 9 不同B i 过量对4 2 5 退火的B F M O 薄膜的铁电性能的影响4 6 4 3 小结4 7 第五章结论与展望4 9 5 1 主要研究结论4 9 5 2 主要创新点5 0 5 3 下一步展望5 0 参考文献5 2 致
10、谢5 9 附蜀之6 0 1 1 摘要 B i F e O ，( B F O ) 是为数不多的在室温下同时具有铁电、压电、铁磁性能的多铁性材 料之一。凭借良好的电学性能和无铅环保的优势，B i F e 0 3 基薄膜材料在未来的集成压 电系统中具有广阔的应用前景。 尽管B i F e 0 3 薄膜具有很多不可比拟的优势，但其漏电流过大一直是制约其发展的 一个瓶颈，尤其是用化学溶液法制备的B i F e 0 3 薄膜漏电问题更为严重。但从制备方法 的可行性来看，化学溶液法又是将来最有希望能够实现大规模生产的唯一方法。此外， B i F e 0 3 薄膜目前的制备温度普遍在5 0 0 6 0 0 。
11、C 之间，较高的沉积温度不仅使B i F e 0 3 的 漏电问题更加严重，同时也使B i F e 0 3 薄膜与未来大规模集成电路系统的兼容成为问题。 如何使用化学溶液法制备B i F e 0 3 基薄膜，同时又能通过其他可行的方法来降低制备温 度，抑制漏电已经成为当前铁电、压电领域工作人员研究的重点和热点。 本论文着重通过适当降低B i F e o 9 5 M n o 0 5 0 3 ( B F M O ) 薄膜的单层厚度来提高其晶化 程度，进而改善其电学性能，达到降低制备温度的目的，同时还深入研究了层厚对B F M O 薄膜结构和性能的影响。本论文制备了不同B i 过量的B i F e
12、o 9 7 M n o 0 3 0 3 ( B F M O ) 薄膜， 并系统研究了B i 过量对温度的依赖关系以及不同B i 过量对不同退火温度下的B F M O 薄 膜铁电及漏电性能的影响，为解决B i F e 0 3 基薄膜的漏电问题提供了新的思路。主要研 究内容及结论如下： 本论文在I T O 玻璃衬底上，通过控制B i F e o 9 5 M n o _ 0 5 0 3 前驱体溶液的浓度，采用溶 胶一凝胶法结合层层退火工艺，制备了单层厚度分别为4 2 、31 、2 5 、2 0 n m 的B i F e o 9 5 M n o 0 5 0 3 薄膜。结果发现，降低B i F e o 9 5 M n o - 0 5 0 3 薄膜的单层厚度( 从4 2 n m l 降到2 5 n m ) 有助 于提高B F M O 提高薄膜的铁电性能，但也不能无止境的降低，当层厚超过某一极限值 ( 2 5 n m 1 ) 时，继续降低层厚就会带来负面效应。在一定条件下存在一个最佳的单层厚 度值，当层厚
