含铅的铁电材料例如PZT以及PMN-PT等具有优良的铁电和压电性能,已经被广泛使用在非挥发性存储器和压电器件中。但是铅的污染会对环境造成严重危害,寻找“绿色”的替代品成为关注的焦点。在过去的几十年里,出现了许多的替代材料,如(Ba,Sr)Ti O3,(Bi,Na)TiO3,(K,Na)NbO3和BiFeO3。其中Bi Fe O3具有优越的多铁性能以及较低的制膜温度,被认为是一种很有应用前景的材料。BiFeO3薄膜具有各向异性,不同取向的薄膜性能差异较大,所以学会控制其取向对改善其铁电以及压电性能有很大帮助。例如(100)高度取向的薄膜其压电性能良好,而(110)择优取向的薄膜却具有优良的铁电性能。利用这一特点,可以用(100)高度取向的薄膜制作压电传感器,而将(110)择优取向的薄膜做成铁电存储器。所以,本论文研究了不同溶剂、不同螯合剂、不同层厚、不同预处理温度对薄膜晶化程度以及结晶取向的影响。工作内容如下:1、研究了不同溶剂(甲醇、乙酸、乙二醇和乙酸1:1混合)对Bi0.95La0.05FeO3(BLFO)薄膜晶化程度和取向的影响。采用单一溶剂制备的薄膜晶化程度明显高于混合溶剂。甲醇作溶剂,薄膜(110)取向高于(012)取向;乙酸作溶剂,结果相反;采用乙二醇和乙酸作溶剂,(110)与(012)取向均较低。另外,在(100)-LaNiO3(LNO)衬底上制备了BLFO薄膜,通过调控溶剂之间的配比可以改变薄膜的晶化程度并能调控(110)取向的高低。2、研究了柠檬酸、酒石酸和尿素等螯合剂对薄膜晶化程度和取向的影响。研究发现不同螯合剂均未对薄膜晶化程度以及结晶取向产生较大影响。3、在ITO/glass衬底上制备了不同层厚(28、34、42、50nm/l)的BLFO薄膜。适中的膜厚促进薄膜(110)取向的生长,过薄或过厚均不利于薄膜(110)取向的生长。而(012)衍射峰仅在50nm/l层厚的薄膜中较强。4、在ITO/glass衬底上制备了不同预处理温度(350℃、375℃、400℃、425℃、450℃)的BLFO薄膜。适中的预处理温度可以促进薄膜(110)取向的生长,过高或过低的预处理温度均不利于薄膜(110)取向的生长。(012)取向的表现与(110)取向相反。在介电、压电、热电领域,如压电致动器,热释电红外探测器和压力传感器,往往需要薄膜的厚度>1μm(厚膜),从而达到较高的传感度和灵敏度。然而,厚膜与薄膜相比往往需要更高的温度结晶否则难以得到晶化程度良好的膜。考虑到晶体生长速度与离子的扩散系数有关。Bi离子扩散系数相对较高,可能有助于改善BiFe O3基铁电厚膜的结晶度。因此可以预期,添加合适的Bi过量可以改善BiFe O3基铁电厚膜的电学性能。在本论文中,我们利用溶胶凝胶法在LNO/Si衬底上制备了不同Bi过量(5%到20%)的BLFO厚膜,膜厚约为1.4μm。研究了Bi过量和退火温度对BLFO厚膜电学性能的影响。工作内容如下:1、在LNO/Si衬底上制备了不同Bi过量(5%,10%,15%,20%)的BLFO厚膜。通过增加Bi过量可以有效的提高BLFO厚膜的晶化程度,促进厚膜(100)方向的生长。过多的Bi会以富Bi相的形式析出在晶界处,阻碍晶界的移动,限制膜的生长。Bi过量为15%的厚膜漏电流较低并且晶化程度较好。但是加入过多的Bi过量会大大增加漏电流,Bi过量为20%的厚膜漏电流最高。随着Bi过量的增加,剩余极化逐渐升高,矫顽场逐渐减小。Bi过量为15%的厚膜具有最高的剩余极化强度和最低的矫顽场。继续增加Bi过量会导致剩余极化的降低以及矫顽场的增大。厚膜的介电常数会随Bi过量的变化而变化,且变化规律与漏电的规律一致。2、在LNO/Si衬底上制备了不同退火温度(550℃,575℃)且不同Bi过量的BLFO厚膜。通过提高退火温度可以提高厚膜的晶化程度,但同时更容易析出杂相。随着Bi过量的增加,提高退火温度对增大漏电流的作用逐渐减小,当Bi过量超过15%时,提高退火温度对增大漏电流的作用又变大。对于Bi过量为5%和10%的厚膜,提高退火温度可以提高铁电性能。对于Bi过量为20%的厚膜,提高退火温度会恶化铁电性能。Bi过量5%的厚膜,提高退火温度后介电常数没有发生大的变化,其他厚膜的介电常数均明显增大。