[发明专利]一种高剩余极化强度的BiFe1-XMnXO3 铁电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种高剩余极化强度的BiFe_1-xMn_xO₃铁电薄膜及其制备方法。

背景技术

BiFeO₃具有极高的极化强度值，高的铁电有序温度(T_C=1103K)和反铁磁有序温度(T_N=640K)，并且在室温下具有磁电耦合性质。这种材料互补了纯的铁电或铁磁材料的不足而同时呈现电和磁的有序性，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-电感一体化器件方面都有极其重要的应用前景，近年来引起了人们广泛的兴趣。

然而，BiFeO₃薄膜中存在的最大问题就是具有较大漏电流，这使BiFeO₃的电学性能很难被测量。这种漏电流的主要成因有以下几点：Bi³⁺离子很不稳定、容易挥发；在制备薄膜的过程中氧空位不可避免的产生，其起到空间电荷的作用，在电场的作用下会定向移动形成一定的电导；Fe³⁺价态容易发生波动降低为Fe²⁺，它们之间会发生电子互相转移，从而形成电流；杂相的存在。漏电流导致了测试所能加的有效电压降低，BiFeO₃薄膜很容易被击穿，无法测得所需的铁电和压电等性能，从而严重阻碍了该材料在信息存储等领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高剩余极化强度的BiFe_1-xMn_xO₃铁电薄膜及其制备方法，该方法设备要求简单，实验条件容易达到，制备的薄膜均匀性较好，掺杂量容易控制，并能够大幅度提高薄膜的铁电性能和介电性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高剩余极化强度的BiFe_1-xMn_xO₃铁电薄膜，其化学式为BiFe_1-xMn_xO₃，x=0.02～0.08，在1kHz频率下，其剩余极化强度为100～130.4μC/cm²，介电常数为208.9～425.1。

其为扭曲的钙钛矿结构，菱形晶系，空间点群为R-3m(160)，晶胞参数晶粒尺寸大小为60～100nm。

包括BiFe_0.98Mn_0.02O₃铁电薄膜、BiFe_0.96Mn_0.04O₃铁电薄膜、BiFe_0.95Mn_0.05O₃铁电薄膜、BiFe_0.94Mn_0.06O₃铁电薄膜和BiFe_0.92Mn_0.08O₃铁电薄膜；

并且BiFe_0.98Mn_0.02O₃铁电薄膜在1167kV/cm的外加电场下，剩余极化强度为100μC/cm²，在频率为1kHz～1MHz时其介电常数为176.9～208.9；

BiFe_0.96Mn_0.04O₃铁电薄膜在833kV/cm的外加电场下，剩余极化强度为130.4μC/cm²，在频率为1kHz～1MHz时其介电常数为223.4～304.1；

BiFe_0.95Mn_0.05O₃铁电薄膜在833kV/cm的外加电场下，剩余极化强度为120μC/cm²，在频率为1kHz～1MHz时其介电常数为189.4～272.6；

BiFe_0.94Mn_0.06O₃铁电薄膜在750kV/cm的外加电场下，剩余极化强度为100μC/cm²，在频率为1kHz～1MHz时其介电常数为186.2～309.1；