多铁性作为材料的一种功能特性,在新型数据存储、能源转换、光电传感等方面有着极大的潜在应用价值。目前,研究最广泛的多铁性材料属于复杂过渡金属氧化物,这些复杂氧化物中存在的晶格、电荷、轨道、自旋等多种自由度相互作用,是研究新一代低功耗、绿色环保的多功能光电器件的关键。铁酸铋（BiFeO₃）是一种少见的室温下具有铁电和反铁磁性的多铁性材料,一直是铁电和多铁领域研究的热门材料。科研工作者们已经在BiFeO₃中发现包括体光伏效应和可翻转二极管效应在内的许多有应用前景的新奇功能特性。随着薄膜生长技术的发展,利用激光分子束外延实现原子尺度上控制氧化物薄膜的生长已成为可能,从而大幅提升了氧化物薄膜、异质结及超晶格结构的质量。在硅（Si）衬底上生长BiFeO₃薄膜,将半导体与铁电氧化物结合起来,可以用来设计用于信息存储和传感的新型器件。因此,在Si衬底上生长高质量的BiFeO₃薄膜对设计和开发新型多功能氧化物器件有着重要的作用。但是,由于晶格失配度和界面互扩散等因素的影响,很难直接在Si衬底上生长出具有铁电性的单相BiFeO₃薄膜。目前所报道的在Si上生长的BiFeO₃薄膜均是在两者之间加入了不同程度的缓冲层以减小晶格失配度及互扩散作用。本论文主要研究了在p型导电Si衬底上BiFeO₃薄膜的直接生长及物理性质,主要取得如下成果。利用激光分子束外延技术,我们探索和优化了生长条件,直接在Si衬底上成功生长出具有较好铁电特性的单相BiFeO₃薄膜。我们发现在薄膜生长的初始阶段,室温和高真空条件下的约2 nm厚度的BiFeO₃薄膜预沉积过程,不但可以抑制Si表面非晶层的增长,而且能够有效地避免BFO薄膜中杂质相的形成。因此,室温和高真空条件下的预沉积过程是获得单相BiFeO₃薄膜的关键。另外,X射线衍射结果表明生长在Si上的BiFeO₃薄膜无杂相,呈现多晶状态,且结晶度随着薄膜厚度增加而增高。透射电镜表明在Si与BiFeO₃薄膜界面处存在厚度大约3 nm的非晶界面层。铁电电滞回线显示薄膜具有较好的铁电性,随薄膜厚度增加,剩余极化强度增加,矫顽场减小。此外,薄膜具有较小的漏电流,分析表明非晶界面层可能对薄膜的漏电流减小有贡献。椭圆偏振光谱研究表明随着薄膜厚度的增大,吸收边出现轻微红移,光学带隙宽度减小,主要与受晶粒尺寸的影响有关。