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多铁性材料因其丰富的物理性质和广阔的应用前景,业已成为国内外科学研究的重点。以BiFeO3为代表的单相多铁性材料具有的热敏性、阻变性甚至磁电性等,在存储器、传感器等领域将会有重要应用。与块材和单相薄膜材料相比,复合薄膜材料可以进一步提高材料的功能性,对其实际应用更具意义。 本文主要采用固相反应法制备了BiFeO3单相靶材以及BiFeO3:Sm2O3和BiFeO3:Sm2O3:SrTiO3复合靶材。并用脉冲激光沉积法(PLD)在SrTiO3(00l、011)衬底上,制备了单相和两相复合薄膜;在SrTiO3(00l)衬底上制备了三相复合薄膜。 采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等测试分析了两相复合薄膜的取向关系、组分、微结构以及界面。通过“润湿模型”原理结合能量最小化原理推测出了(BiFeO3)0.5:(Sm2O3)0.5/SrTiO3(011)复合薄膜的可能生长结构,发现理论与实验结果相吻合,说明该“润湿模型”可以用来有效的分析讨论复合薄膜的微结构和生长机理。同时对三相复合薄膜的微结构进行了初步探究。 在制备Pt/BFO/Nb-STO和Pt/BFO:SmO/Nb-STO异质结的基础上,我们进行了薄膜的I-V特性测试。发现:(1)复合薄膜的漏电流总体上比单相薄膜减少约2个数量级,是因为复合薄膜中的界面效应使得BiFeO3相中的氧空位被部分填补所致;(2)不同取向单复相薄膜之间的漏电流差异是由不同指数的接触面、功函数以及晶界通道长短所引起;(3) Pt/BFO/Nb-STO(011)异质结正负偏压下分别由欧姆导电及SCLC机制和FN机制主导,包含体效应和电极效应,而Pt/BFO:SmO/Nb-STO(011)异质结正负偏压下都是由SCLC机制主导,都是体效应。因为复合薄膜特殊的微结构和多维界面效应,使其漏电机制从单相薄膜的电极效应和体效应转变为完全由体效应所主导。 总之,复合薄膜的微结构受衬底和相的影响显著,用“润湿模型”结合能量最小化原理可以初步理解其生长机理。界面效应可以改善漏电性质并影响漏电机制。