论文总字数：19762字

摘 要

多铁性材料是指同时展现两种或两种以上铁的基本性能（如铁磁性、铁电性和铁弹性）的一类特殊的电介质材料。铁酸铋（BiFeO₃）是目前为止几乎唯一在室温以上同时存在铁电有序和反铁磁有序的材料，是最有希望得到应用的材料之一。由于BFO本身的性质导致其会有较高的漏电流，制约着其发展和应用。目前降低BFO(BiFeO₃)薄膜中的漏电流的方法主要有两种：一种是制备工艺的改进， 另一种是进行掺杂或替代改性。

现在对铁酸铋（BiFeO₃）的研究越来越多，但是制备纯相的BiFeO₃材料依旧是众多实验室的一个难，并且BiFeO₃的铁磁性在室温下是十分微弱的，无法准确的测量铁电性和反铁磁性。这样阻碍了对其的进一步研究。本实验采用了溶胶凝胶法，通过对BiFeO₃掺杂引入稀土元素，并且制备纯相的BiFeO₃材料，利用X射线衍射仪观测掺杂对其的性能影响。

关键词：BFO，溶胶-凝胶，掺杂

Abstract

Multiferroic materials are defined as two or more iron to show the basic properties (such as ferromagnetism, ferroelectricity and iron elasticity) of a special class of dielectric materials. By far BiFeO₃ may almost be the only materia putting up anti-ferroelectric and ferromagnetic simultaneity above the room temperature , which is one of the most promising material to be used. Because the nature of the BFO will lead to a higher leakage current, it becomes unsuitable for applications. Currently reduce the leakage current of BFO thin films, there are two main methods: one is the preparation process improvements; the other is modified by doping or substitution. 

Research on bismuth ferrite (BiFeO3) is now more and more, but the preparation of pure phase BiFeO₃ material is still a difficult numerous laboratory. BiFeO₃ and ferromagnetic at room temperature is a very weak, can not accurately measure the ferroelectric and antiferromagnetic. Thus it is difficult to make a further research on it. This study uses the sol gel method， dopes into rare earth elements through the BiFeO₃ and prepaes the pure phase BiFeO₃ by using X-ray diffraction observation dping effect on its performance.

Keywords: BFO, sol-gel, doping

目录

摘要 I

ABSTRACT III

第一章 绪论 1

1.1 多铁性材料概述 1

1.2 铁酸铋材料 2

1.2.1. 铁酸铋材料的结构 2

1.2.2. 铁酸铋材料的性质 2

1.3. 铁酸铋的制备 4

1.3.1 固相反应法 4

1.3.2 快速液相烧结法 4

1.3.3 溶胶—凝胶法 5

1.3.4 脉冲激光沉积法 5

1.3.5. 共沉淀法 6

1.3.6 磁控溅射法 6

1.4. 铁酸铋的掺杂改性研究 7

1.4.1 A位掺杂 8

1.4.2 B位掺杂 9

1.5 前景展望及主要问题 10

1.6. 本论文的选题依据及课题内容 10

1.6.1 选题依据 10

1.6.2 课题内容 10

第二章 实验材料和实验方法 12

2.1. 实验材料和设备 12

2.1.1. 实验设备 12

2.2. BFO的制备及工艺 13

2.2.1. BFO前驱体溶液制备流程 13

前驱体溶胶的配制 13

2.2.2 匀胶 14

2.2.3. 退火 14

2.3. BFO的主要表征手段 15

2.3.1 XRD（X射线衍射仪） 15

2.3.3 SEM（扫描电子显微镜） 15

2.3.3. 铁电、介电性能测试 16

第三章 Gd掺杂的BFO薄膜的制备及性能表征 18

3.1. 实验过程 18

3.1.1. 溶胶-凝胶法制备薄膜过程 18

3.1.2. 成膜过程 18

3.1.3 完整实验流程 19

3.2. 实验结果与讨论 20

3.2.1. XRD测试结果与讨论 20

3.2.2. 铁电、漏电性能测试与讨论 21

3.2.3. 介电性能测试与讨论 24

3.3. 本章小结 26

第四章 论文总结和工作展望 27

4.1. 论文总结 27

4.2工作展望 27

参考文献 29

第一章 绪论

1.1 多铁性材料概述

铁电材料，铁磁材料是当代社会非常重要的功能材料，在存储，传感以及智能系统等领域占据主导地位。随着移动互联网技术的发展，对器件集成化，微型化要求必然越来越高。而单一功能的材料难以满足现代器件要求，这就需要研究具有两种或两种以上功能的材料，从而实现研制多功能的新型器件。

早在1894年，居里利用对称理论就预测到存在磁电效应，拉开了研究磁电材料的序幕^[1]。上个世纪50年代末，科学家们开始了人工合成铁电磁体材料，前苏联科学家在钙钛矿结构的铁电体中发现了铁电离子，因为他们认为这类钙钛矿化合物可能同时具有铁电性和反铁磁性^[2]。多铁材料最早是由Aizu于1970年提出，他本人通过总结铁电性，铁弹性和铁磁性这三类性质的一系列相同点，提出将其归为一类^[3]。而在1994年，瑞士的Schmid明确提出了多铁性概念^[4]，指材料的同一个相中具有两种及两种以上的基本性能。

多铁性材料是指那些可以同时呈现出两种或两种以上铁的基本性能（如铁磁性、铁电性和铁弹性等）等一类的电介质材料。这种材料在外电场下会发生自发地极化，同样的，也会在外磁场下发生自发磁化。因为以上性质导致产生了电磁耦合效应，在多铁性材料中，不同的铁性能能够产生一些新的效应，如磁电效应^[5-7]、磁介效应^[8]。基于这些效应，使得多铁性材料可广泛用于信息存储、传感器、电容器等^[9]，多铁材料主要应用在以下四个方面：

请支付后下载全文，论文总字数：19762字