[发明专利]一种对称矩形电滞回线的BGSFMC/CFGO复合薄膜及制备方法

说明书

本发明提供一种具有对称矩形电滞回线的BGSFMC/CFGO复合薄膜及制备方法，包括复合在一起的上层膜和底层膜；上层膜的化学式为Bi_0.88Gd_0.09Sr_0.03Fe_0.94Mn_0.04Co_0.02O₃，为多晶扭曲钙钛矿结构，空间群为R3c；底层膜的化学式为CoFe_2‑xGd_xO₄，为立方反尖晶石结构，空间群为Fd3m，其中，x＝0.02～0.18。采用溶胶‑凝胶法，用旋涂法和层层退火的工艺制备得到BGSFMC/CFGO复合薄膜。本发明在复合了磁性膜后，复合薄膜不但具有较好的铁磁性，同时还具有较好的铁电性和高铁电稳定性，能够改善BiFeO₃基薄膜的多铁性能。

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种具有对称矩形电滞回线的BGSFMC/CFGO复合薄膜及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，器件的微型化及多样化的要求也就越来越高，这就迫切需要发展同时具有多种功能的新材料来取代单一功能的材料，以满足研制多功能新型器件的需求，铁酸铋(BiFeO₃，简称BFO)，是目前唯一在室温下同时存在铁电性与反铁磁性的单相多铁材料，并具有较高的居里温度、尼尔温度和较大的剩余极化强度，在铁电随机存储器、自旋电子器件、磁电存储单元、光电器件等领域有着很好的应用前景。

然而，BiFeO₃薄膜中铋元素的易挥发以及部分Fe³⁺向Fe²⁺的转变，使薄膜中产生较多的氧空位，从而导致BiFeO₃薄膜存在着严重的漏电现象和较大的矫顽场，难以极化，很难获得较高的剩余极化值，因此在实际应用中受到限制。此外，BiFeO₃薄膜中存在弱铁磁性，使其难以满足新一代存储器件和其它多功能器件所需要的强磁电耦合。因此需要改善BiFeO₃薄膜的多铁性与铁磁性能。为改善BiFeO₃薄膜的多铁性与铁磁性能，最为常见的办法就是多元共离子掺杂并复合磁性膜，但伴随着磁性膜的加入影响了上层薄膜的铁电性，会使复合薄膜的电滞回线出现不饱和，对称性差的现象，影响了铁电稳定性，制约了材料的实际应用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种具有对称矩形电滞回线的BGSFMC/CFGO复合薄膜及制备方法，改善BiFeO₃基薄膜的多铁性能与铁磁性能，同时具有较好的铁电稳定性。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种对称矩形电滞回线的BGSFMC/CFGO复合薄膜，包括复合在一起的上层膜和底层膜；上层膜的化学式为Bi_0.88Gd_0.09Sr_0.03Fe_0.94Mn_0.04Co_0.02O₃，为多晶扭曲钙钛矿结构，空间群为R3c；底层膜的化学式为CoFe_2-xGd_xO₄，为立方反尖晶石结构，空间群为Fd3m，其中，x＝0.02～0.18。

优选的，当x＝0.18时，在40V的外加电压下剩余极化值为135μC/cm²，电滞回线矩形度R_sq为1.27；在外加磁场下作用下，其剩余磁化值为12～30emu/cm³，饱和磁化值为38～56emu/cm³。

一种所述的对称矩形电滞回线的BGSFMC/CFGO复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将硝酸钴、硝酸铁和硝酸钆溶于乙二醇甲醚中，搅拌均匀后加入醋酸酐，继续搅拌均匀，得到底层膜的前驱液；