本文關(guān)鍵詞：多鐵性納米材料的制備與結(jié)構(gòu)表征

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【摘要】：人類社會(huì)步入信息化時(shí)代以來,信息數(shù)據(jù)量以指數(shù)倍增長,要求現(xiàn)在的存儲(chǔ)器設(shè)備要具有高密度、低功耗、易攜帶和多功能等的特點(diǎn)。多鐵性材料可以同時(shí)具備極化和磁化兩種鐵性,可以實(shí)現(xiàn)多態(tài)存儲(chǔ)器。而現(xiàn)有的鐵電存儲(chǔ)器和鐵磁存儲(chǔ)器都存在各自的缺陷,通過磁電耦合效應(yīng)制備的新型多鐵存儲(chǔ)器,可以解決現(xiàn)有的鐵電與鐵磁存儲(chǔ)器中存在的問題,滿足未來存儲(chǔ)器的要求,從而引起了大家的廣泛關(guān)注。但由于單相多鐵性材料在室溫下很難存在強(qiáng)的磁電耦合效應(yīng),目前學(xué)術(shù)界主要關(guān)注磁電復(fù)合材料�，F(xiàn)存的磁電復(fù)合材料復(fù)合的形式主要有兩種形式:2-2結(jié)構(gòu)多層異質(zhì)薄膜和1-3結(jié)構(gòu)的垂直異質(zhì)薄膜。2-2結(jié)構(gòu)由于受到襯底鉗制的作用,磁電耦合效率較小。1-3結(jié)構(gòu)具有小的長寬比,解決了襯底鉗制作用,但1-3結(jié)構(gòu)的生長過程屬于自組裝的生長,薄膜的制備還存在較多問題。本文針對(duì)上述問題通過兩種不同的研究思路分別從材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)制備了新型的磁電耦合結(jié)構(gòu)并對(duì)其相關(guān)特性做了表征。(1)針對(duì)2-2結(jié)構(gòu)存在的問題,通過轉(zhuǎn)移方式,在Si襯底上制備了新型結(jié)構(gòu)的多鐵單晶CFO-BTO納米復(fù)合薄膜,減小了襯底鉗制的作用。對(duì)比研究了c面藍(lán)寶石和STO襯底上外延生長MgO薄膜,發(fā)現(xiàn)相對(duì)與c面藍(lán)寶石上外延的(111)面MgO薄膜,STO上生長的(001)面MgO薄膜表面較為平坦,所以選擇在STO上外延生長的(001)面MgO薄膜作為后續(xù)薄膜的緩沖層。然后在MgO薄膜上繼續(xù)沉積上(004)面CFO薄膜,其RMS僅為0.19nm。再通過腐蝕MgO薄膜,將單晶的CFO薄膜轉(zhuǎn)移到Si襯底上。轉(zhuǎn)移的單晶CFO可低至2nm,且表面平坦,從而為制備新型準(zhǔn)二維功能氧化物薄膜提供了一種有效的實(shí)驗(yàn)參考思路。后續(xù)研究還發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移后的單晶(004)面CFO薄膜受到襯底的影響減小。在CFO/Si結(jié)構(gòu)上外延(200)面BTO薄膜,改變BTO的晶體結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)CFO薄膜的磁性發(fā)生改變,說明新型BTO/CFO/Si結(jié)構(gòu)具有磁電耦合特性。本文通過這個(gè)簡(jiǎn)單有效方式,實(shí)現(xiàn)了在Si上制備多鐵單晶磁電材料的想法。(2)針對(duì)1-3結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料,本文使用PLD加借助AAO模板,制備了高度有序核殼的多鐵CFO-BFO納米復(fù)合陣列。通過改變AAO模板孔徑的大小,研究了CFO-BFO納米復(fù)合陣列的生長過程及其磁電特性。通過對(duì)原先(002)面STO襯底的處理,得到具有原子級(jí)臺(tái)階的STO襯底,再通過改變氧化條件,制備不同尺寸大小的多孔納米復(fù)合掩模(AAO),結(jié)合襯底轉(zhuǎn)移和PLD得到CFO-BFO納米復(fù)合陣列。發(fā)現(xiàn)在不同AAO約束下,復(fù)合結(jié)構(gòu)的形貌是完全不同。在使用磷酸-AAO模板時(shí),納米島表面形貌是一些納米柱結(jié)構(gòu),與1-3結(jié)構(gòu)相似。當(dāng)AAO模板減小到70nm時(shí),之前多個(gè)CFO納米柱逐漸融合成單一的納米柱,從而形成了核殼結(jié)構(gòu)的CFO-BFO納米復(fù)合結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣。同時(shí)我們還通過PFM技術(shù)研究CFO-BFO納米復(fù)合陣列的鐵電特性,發(fā)現(xiàn)核殼結(jié)構(gòu)的中心為CFO,邊緣為BFO基體。且CFO-BFO納米陣列之間存在一定的應(yīng)力引起的磁電耦合效應(yīng)。本文通過制備新型的磁電復(fù)合結(jié)構(gòu),改善了傳統(tǒng)磁電耦合結(jié)構(gòu)存在的問題,為提高磁電耦合效應(yīng),開發(fā)新型磁電耦合的原型存儲(chǔ)器件供了實(shí)驗(yàn)參考。
【關(guān)鍵詞】：存儲(chǔ)器 磁電耦合 PLD 納米陣列 AAO
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1;TP333;O484.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 符號(hào)對(duì)照表13-14
• 縮略語對(duì)照表14-17
• 第一章 多鐵性材料的研究進(jìn)展17-29
• 1.1 磁電效應(yīng)和多鐵性的介紹17-18
• 1.2 歷史回顧18-19
• 1.3 鐵電體和鐵磁體的復(fù)合形式和工作原理19-22
• 1.4 CoFe_2O_4、BiFeO_3和BaTiO_3鐵磁鐵電材料介紹22-24
• 1.4.1 AB_2O_4型尖晶石結(jié)構(gòu)鐵磁材料—鐵酸鈷（CoFe_2O_4）22
• 1.4.2 ABO_3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料—鈦酸鋇（BaTiO_3）22-23
• 1.4.3 ABO_3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電材料--鐵酸鉍（BiFeO_3）23-24
• 1.4.4 磁電材料復(fù)合形式和存在的問題24
• 1.5 磁電耦合效應(yīng)的研究進(jìn)展24-25
• 1.6 磁電耦合效應(yīng)的應(yīng)用前景25-27
• 1.6.1 磁電存儲(chǔ)器25-26
• 1.6.2 多態(tài)存儲(chǔ)器26-27
• 1.7 本文研究的主要內(nèi)容27-29
• 第二章 脈沖激光沉積系統(tǒng)和測(cè)試設(shè)備介紹29-39
• 2.1 脈沖激光沉積系統(tǒng)介紹29-34
• 2.1.1 PLD設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理介紹29-34
• 2.1.2 PLD系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)及其應(yīng)用34
• 2.2 材料表征與測(cè)試技術(shù)34-36
• 2.2.1 X射線衍射（XRD）34-35
• 2.2.2 原子力顯微鏡（AFM）35-36
• 2.3 其它測(cè)試和表征設(shè)備36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-39
• 第三章 自支撐多鐵單晶CoFe_2O_4-BaTiO_3納米復(fù)合薄膜的制備及表征39-65
• 3.1 犧牲層氧化鎂（MgO）薄膜制備39-49
• 3.1.1 c面藍(lán)寶石上生長MgO39-46
• 3.1.2（002）面鈦酸鍶（SrTiO_3)上生長MgO薄膜46-48
• 3.1.3 比較不同襯底下生長的MgO薄膜48-49
• 3.2 自支撐多鐵單晶CFO-BTO薄膜的制備49-63
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)流程50-51
• 3.2.2 CFO薄膜的制備和研究51-52
• 3.2.3 自支撐的CFO薄膜制備52-57
• 3.2.4 自支撐BTO薄膜的制備和研究57-63
• 3.3 本章小結(jié)63-65
• 第四章 有序核殼結(jié)構(gòu)的多鐵CoFe_2O_4-BiFeO_3納米復(fù)合陣列制備及表征65-79
• 4.1 （002）面STO襯底處理66-68
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)部分67
• 4.1.2 數(shù)據(jù)分析67-68
• 4.2 陽極氧化鋁模板的制備與轉(zhuǎn)移68-72
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)部分69-71
• 4.2.2 數(shù)據(jù)分析71-72
• 4.3 有序且不同尺寸的CFO-BFO納米島的制備72-78
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)部分72-73
• 4.3.2 結(jié)果與討論73-78
• 4.4 本章小結(jié)78-79
• 第五章 總結(jié)與展望79-81
• 5.1 總結(jié)79-80
• 5.2 展望80-81
• 參考文獻(xiàn)81-87
• 致謝87-89
• 作者簡(jiǎn)介89-91

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