[发明专利]一种具有电阻开关效应的La、Er、Co、Mn共掺的BFO薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开一种具有电阻开关效应的La、Er、Co、Mn共掺的BFO薄膜及其制备方法，化学式为Bi_0.9‑xLa_xEr_0.1Fe_0.96Co_0.02Mn_0.02O₃，其中，x＝0.01‑0.09，其为扭曲的菱方钙钛矿结构，空间群为R3c，且沿着(101)方向的取向生长。本发明采用溶胶凝胶法及层层退火工艺制备得到薄膜，制备方法简单，反应容易进行，工艺过程温度低，制备过程易于控制。本发明A位稀土离子和B位磁性过渡金属离子共掺的BiFeO₃薄膜，该薄膜与电极膜界面处形成一个中间过渡层，随着La离子在BiFeO₃薄膜中的掺入，使BiFeO₃薄膜界面处氧空位种类和数量发生变化，薄膜具有电阻开关效应。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种具有电阻开关效应的La、Er、Co、Mn共掺的BFO薄膜及其制备方法。

背景技术

随着信息技术的不断发展，对器件的小型化、多功能化、读写速度以及读写能耗提出了更高的要求。然而，现有的技术与材料已经到达了尺寸和性能的极限，表现最为明显的是数据储存器。目前，绝大多数的储存器、传感器等电子器件的工作原理都是基于铁电材料和铁磁材料。研究发现铁电材料这一大类材料，不仅在铁电性能上展现出诱人的应用前景，还在其中观察到的阻变现象更加吸引人们的注意。铁电材料的多功能效应可以为信息存储、集成电路以及传感器的设计提供更多的自由度。

目前研究最多、最具前景的铁电材料是BiFeO₃(简写BFO)，其具有高于室温下的铁电性(居里温度T_C＝1103K)以及铁磁性(尼尔温度T_N＝643K)。多铁性材料是一种新型多功能材料，不但能用于单一铁性材料的应用领域，更在新型磁-电传感器件、自旋电子器件、新型信息存储器件等领域展现出巨大的应用前景。与块材相比，BFO薄膜具有更为优异的性能，是小型化器件的首选。

但BiFeO₃中铋元素的易挥发以及部分Fe³⁺向Fe²⁺的转变，使得薄膜中存在着严重的漏导现象，导致铁电性能降低，从而导致薄膜电阻开关效应受到不良影响。

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电阻开关效应的La、Er、Co、Mn共掺的BFO薄膜及其制备方法，降低了BiFeO₃的漏导现象，提高其铁电性能，使制备出的薄膜具有电阻开关效应。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种具有电阻开关效应的La、Er、Co、Mn共掺的BFO薄膜，化学式为Bi_0.9-xLa_xEr_0.1Fe_0.96Co_0.02Mn_0.02O₃，其中，x＝0.01-0.09，其为扭曲的菱方钙钛矿结构，空间群为R3c，且沿着(101)方向的取向生长。

优选的，高低阻态开关比R_HRS/R_LRS为1.02～1.43。

优选的，在45V的电压下，其剩余极化值P_r为152μC/cm²，反转电流I为1.5mA，电滞回线矩形度R_sq＝1.02，矫顽场强为301kV/cm。

优选的，其剩余磁化值M_r为0.19～0.305emu/cm³，饱和磁化值M_s为1.625～2.50emu/cm³。