1. 研究目的与意义（文献综述）

目的: 采用磁控溅射法制备BiFeO₃基薄膜异质结构，得到相应的电化学性能参数，对所得材料进行物相和结构表征，获得制备工艺参数和结构参数。

国内外的研究现状分析：近年来，铁磁电材料引起了人们极大的兴趣。它同时具有铁电性和磁性，可由电场诱导产生磁场，同时磁场也可以诱发电极化，此性质被称为磁电效应^［1］。 这种磁和电的相互控制在信息储存、自旋电子器件方面，磁传感器以及电容T电感一体化器件方面都有极其重要的应用前景^［2，3］。根 Schmid教授的分析,允许磁性和铁电性同时存在的点群仅有 13 个，因此大多数铁磁电材料是铁电材料和磁性材料的固熔体或通过其他方式构成。作为一种典型的单相铁磁电材料BiFeO₃具有三角扭曲的钙钛矿结构,室温下同时具有两种结构有序，即铁电有序（T_c=1103K）和 G 型反铁磁有序（T_n=643K），是少数室温下同时具有铁电性和磁性的铁磁电材料之一^［4］。 BiFeO₃薄膜和块体相比，有独特而优异的性能， 室温下BiFeO₃薄膜的自发极化（可达到 50-60 uC/cm² 比块体（P_r=6.1uC/cm² ）大将近一个数量级。 然而BiFeO₃材料在制备的过程中容易发生铁价态的波动，从而产生较大的漏导。另一方面，BiFeO₃本身具有的低介电常数和低电阻率等性质致使很难观测到电滞回线^［5］。 近年来 薄膜制备方法的发展使得人们能够制备出高质量BiFeO₃薄膜，极大地减小了漏导而获得了强的铁电性，使其受到了广泛关注。薄膜的结构与衬底及薄膜的取向密切相关，1999年Li等^［10］在不同取向的 SrTiO₃( 单晶衬底上制备BiFeO₃薄膜。研究表明，生长在（111）沉底上的 BiFeO₃薄膜具有三方结构，与块体单晶的结构一致，处于未受应力的单畴状态。而生长在（101）及（001）衬底上的薄膜结构则极大的受到衬底应力的影响，由三方结构扭曲而转变为单斜结构。此外，因受到衬底应力的影响，薄膜的结构还与厚度密切相关。在200nm厚度的条件下晶格常数a=0.3935nm,c/a=1.016,在10-400nm范围内，c/a值随薄膜厚度的增加而减小^［11］。Claude等^［12］对薄膜中的强磁性进行了研究，认为螺旋式自旋结构在薄膜中会因为外延应力或增强的各向异性受到抑制从而产生较强的磁性。从微观结构上看，薄膜的磁性起源于反对称的自旋耦合所导致的磁性子晶格的倾斜，从而使（111）面内共线的自旋排列发生倾斜，产生不为零的净磁矩^［13］。

2. 研究的基本内容与方案

1 基本内容：文献调研,了解bifeo₃基薄膜异质结构的国内外研究概况和发展趋势；

2 研究目标：采用磁控溅射法制备bifeo₃基薄膜异质结构，得到相应的电化学性能参数，对所得材料进行物相和结构表征，获得制备工艺参数和结构参数；

3 技术方案：磁控溅射法：利用 jgp560b 多靶磁控溅射系统，采用射频磁控溅射技术在fto （100） 基片上沉积厚度约为 300nm 的 bfo薄膜。采用直径 60mm，厚度 3mm，并加有 2mm 铜背板bifeo₃陶瓷靶材（bi过量 5%）。使用 x 射线衍射仪（xrd）、扫描电子显微镜（sem）和振动样品磁强计（vsm）分别对样品的微观结构、表面形貌及磁性进行表征。实验前清洗fto （100）基片，首先用去离子水冲洗，再将冲洗过的fto 基片，分别在丙酮和无水乙醇中超声清洗20min，以清除表面的杂质。最后用高纯 n₂ 气将其吹干并放入真空腔体中。采用机械泵和分子泵将真空腔体的底真 空抽至 3×10^-4pa 高真空的状态后，借助气体流量计向真空腔体内通入一定比例的 ar 与 o₂ 的混合气体，设置基片初始温度为 650°c，溅射功率为 90w。溅射结束后，在纯氧气气氛下降温到室温，保持氧气压强为 4.0pa。

3. 研究计划与安排

第1－2周：查阅相关文献资料,完成英文翻译,明确研究内容,了解研究所需原料,仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第3－5周：整理资料,在任务书的基础上,设计研究方案,确定切实可行的实验技术路线,了解相关的结构和性能的测试方法;撰写开题报告,开题答辩；

第6－10周：完成bifeo₃基薄膜异质结构制备,完成相应的测试工作,完成英文翻译,对于试验结果进行初步的分析；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]邹成.钙钛矿结构多铁性薄膜制备及性能研究[d].电子科技大学,2012.

[2]张道明.铁酸铋薄膜结构和性能研究[d].烟台大学, 2011.