发布时间 : 星期一 文章多铁性复合薄膜的研究 - 图文更新完毕开始阅读57df89ff770bf78a64295405
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图2-6 PZT-NFO复合薄膜的表面形貌以及晶格衍射图
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图2-7 磁电系数αE31(a)和αE33(b)测量示意图以及αE31(c)
和αE33(d)测量结果
最近，Liu等人用一种改进的溶胶-凝胶方法也得到了颗粒复合的多晶薄膜。他们先将磁性相CFO和铁电相PZT的溶胶进行充分混合，然后在Ru/SiO2/Si基片上通过旋涂工艺得到薄膜，从而得到了纳米尺度复合的CFO-PZT多晶复合薄膜，其中两相颗粒粒径5~10nm，如图2-8所示。在这种薄膜中，他们观察到了较强的磁电耦合效应。通过测量不同磁场环境中的电滞回线观察到了磁场诱导电极化现象。如图2-9所示，当垂直于膜面加 1200Oe的磁场时，复合薄膜的剩余极化值减小了22%，从而认为这种复合薄膜中具有较强的磁电耦合[15]。但是，从其电滞回线来看，该薄膜漏导较大，因而电滞回线的变化是否
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是反映了真正的磁电耦合效应，还值得商榷[5]。
图2-8 多铁性CFO-PZT纳米复合薄膜的截面 STEM(a)
和HRTEM(b)照片
图2-9 多铁性CFO-PZT纳米复合薄膜的电滞回线
对于0-3颗粒复合薄膜，也需要注意漏导的问题。如若磁性相颗粒发生渗流而连通在一起，则低电阻的磁性相会引起薄膜的整体漏导，导致观测到正磁电效应有误，甚至观测不到正磁电效应。
2.3 2-2 型叠层复合磁电薄膜
将铁电、铁磁两相物质一层一层地沉积在基片上就可以得到叠层结构的磁电复合薄膜。由于叠层结构薄膜受基片应力约束的影响较大，使得一段时间内，人们对这种结构并不看好。但是由于这种结构的实用性以及制备工艺易于控制，又使得人们对其进行了不断的努
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力尝试和探索。
Takeuchi 等人用改进的PLD方法，通过在沉积腔中添加一个可以匀速移动的挡板实现对厚度的调制，得到了BaTiO3和CoFe2O4 的成分梯度复合薄膜，如图2-10(a)所示，在这种薄膜中，两相成分呈连续变化。通过对微区性能的测试，可以方便、高效地对两相成分对性能的影响进行研究。如图2-10(b)所示，在成分(BTO)0.5-(CFO)0.5处，复合薄膜在呈现磁性的同时可以具有高达120的介电常数。但是由于微区性能的测试还存在困难，所以这种薄膜没有能够得到磁电测试结果。
图2-10 BaTiO3和CoFe2O4的成分梯度复合膜示意图（a）以及性能随成分的变化（b）
更常见的2-2结构的磁电复合薄膜是用PLD制备外延薄膜，或者用化学溶液旋涂法制备得到叠层多晶薄膜，由这两种方法都能够很方便地制备优质的磁电复合薄膜。相对1-3和0-3型复合薄膜而言，2-2结构中低电阻的磁性层在面外方向被绝缘的铁电层所隔离，因而2-2结构可完全消除漏导问题。
He等人利用化学溶液旋涂法，将PZT和Co1?xZnxFeO3(CZFO)前驱溶胶依次旋涂在 Pt/Ti/SiO2/Si基上，可以方便地得到多层结构的复合薄膜。同样按照两相不同的沉积顺序可以得到两种多层结构(如图2-11(a)和(b))，即基片/PZT/CZFO/PZT/CZFO(简称为PCPC)和基片/CZFO/PZT/CZFO/PZT(简称为CPCP)。其电学性能如图2-11(c)和(d)所示，结果表明，相比于纯PZT薄膜，由于复合薄膜中的铁氧体相具有较低的电阻率，复合薄膜具有更大的漏电流;但是两种结构的复合薄膜之间的漏电流特性没有体现出明显的差别，对沉积顺序不敏感。而同样由于顺电相的钴铁氧体层的存在，复合薄膜的铁电性相比单相的PZT要弱一些。复合薄膜的磁性如图2-11(e)和(f)所示，结果显示其具有良好的铁磁性能[2]。由于非铁磁的PZT层的存在，复合薄膜的磁化强度明显低于单相的铁氧体。而同时，由于复合薄膜中有更多的应力，根据压磁效应，复合薄膜也具有了明显低于单相铁氧体的矫顽力。
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