钙钛矿铁电薄膜的制备和半导体性能表征
本论文中主要工作：利用脉冲激光沉积法（PLD）在SrTiO3基片成功制备出BiFeO3薄膜。通过薄膜样品的AFM图，观察到薄膜的表面起伏较小，晶粒比较均匀，薄膜质量较好。通过薄膜样品的XRD谱可以确定长出的是BiFeO3薄膜。利用压电响应力显微镜（PFM）观察到薄膜样品有明显的畴结构，说明所制备的薄膜样品具有良好的铁电和压电性。22431
关键词 铁电材料 铁电体 BiFeO3 PLD XRD AFM PFM 畴
毕业论文设计说明书（论文）外文摘要
Title The Preparation and Semiconducting Characterizations of the
Perovskite Ferroelectric Thin Film
Abstract
Ferroelectric materials, possess the characteristics of spontaneous polarization, polarization reversal, high dielectric constant, outstanding pyroelectric properties and piezoelectric effect, thus they are the hot topics in recent research and promising to be utilized in many areas. BaFeO3 is a ferroelectric material, which can be used at high temperature. This material is highly concerned and extensively studied recently by researchers.
In this paper, Smooth BaFeO3 thin films were prepared successfully on SrTiO3 substrates by Pulsed Laser Deposition. AFM diagrams of the film samples confirmed that the surface membranes of the films are smooth and consist better quality. XRD spectra varified that the samples are of BaFeO3 films. Furthermore, significant domain structures were observed by PFM images and it was proved that the film samples have good ferroelectric and piezoelectric properties.
Keywords Ferroelectric BiFeO3 PLD XRD AFM PFM domain
目 次
1 引言 1
1.1 铁电体概述 1
1.1.1 铁电体 1
1.1.2 铁电体的分类 2
1.1.3 铁电体的主要应用 3
1.1.4 BiFeO3介绍 3
1.1.5 BiFeO3的研究现状 5
2 薄膜的制备与表征 6
2.1 制备工艺-脉冲激光沉积法（PLD） 6
2.1.1 脉冲激光溅射沉积法(PLD)的工作原理 6
2.1.2 PLD 法研究BiFeO3 薄膜的进展 8
2.2 主要表征设备的工作原理 8
2.2.1 AFM（原子力显微镜）工作原理 8
2.2.2 PFM（压电响应力显微镜）工作原理 9
2.3 脉冲激光沉积法（PLD）制备BiFeO3薄膜 11
2.3.1 实验原料与器材 11
2.3.2 实验步骤 12
3 实验数据与分析 14
3.1 BiFeO3薄膜的XRD分析 14
3.2 BiFeO3 薄膜的表面形貌分析 15
3.3 BiFeO3薄膜的铁电、压电性能分析 16
3.4 BiFeO3薄膜的阻变性能分析 20
结 论 22
致 谢 23
参考文献24
1 引言
1.1 铁电体概述
1.1.1 铁电体
铁电体是一种能够自发极化的晶体，并且自发极化受外加电场的影响，随着外加电场的方向的变化，自发极化的方向也会随之变化。而晶体的电极化方向不会随外加电场的撤销而变化。自发极化指的是，在铁电体的正端束缚一层正的电荷，而负端束缚一层负的电荷。在晶体内部，两端所束缚电荷会产生一个电场，其方向与极化方向相反的，此内部电场称为退极化电场。退极化场的产生会使其静电能升高，因此在受到机械力的约束时，晶体会形成若干个小的区域。且每个小的区域内部的电偶极子会沿着同一方向，但是各个小区域的电偶极子的方向却是不同的，我们把这些小的区域称为电畴，简称畴。电畴之间会形成间界，这些间界称为畴壁。晶体的静电能和应变能会因为电畴的出现而降低，但畴壁的存在会产生一种新的能量即畴壁能。电畴的稳定构型决定于总自由能取极小值。