化學液相法製備鐵酸鉍與鋯鈦酸鉛異質多層氧化物薄膜

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研究生：	廖思維 Szu-Wei Liao
論文名稱：	化學液相法製備鐵酸鉍與鋯鈦酸鉛異質多層氧化物薄膜
指導教授：	吳振名 Jenn-Ming Wu
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 材料科學工程學系 Materials Science and Engineering
論文出版年：	2006
畢業學年度：	94
語文別：	中文
論文頁數：	111
中文關鍵詞：	複鐵式、鐵酸鉍、鐵電性、磁電
外文關鍵詞：	multiferroic, bismuth ferrite, ferroelectric, magnetoelectric
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BiFeO3(BFO)鐵酸鉍氧化物薄膜是近年來相當熱門的材料，但是此材料受限於較低的電阻值以及高漏電流，因此對於元件上的應用還無法受到重視，而目前已有許多人以各種不同方法改善此缺點的研究。本論文是利用化學液相沉積法以旋鍍的方式製作鐵酸鉍(BFO)與鋯鈦酸鉛(PZT)薄膜，利用異質多層結構改善鐵酸鉍的漏電流並且保留鐵酸鉍的反鐵磁性質。
本論文分為三部份做探討，首先是BFO與PZT(53/47)製作多層結構，第二部份是使用BFO與PZT(20/80)不同的鋯鈦成分比例做探討，最後則是BFO與PZT(80/20)的鋯鈦比例做比較，此多層結構熱處理也分為同時熱處理以及分層熱處理來做探討。最後實驗分析部份分為薄膜特性分析，包括了XRD結構分析、SEM表面分析與SIMS成分縱深分析，以及電性與磁性分析。
本實驗不同熱處理方式其結果發現，一次熱處理其漏電性質都比分層熱處理來的要大，而由XRD結果發現一次熱處理的繞射峰有較為嚴重之偏移且繞射峰強度較弱，其原因為在高溫熱處理下，BFO層與PZT層其原子有較嚴重的擴散情形發生，根據文獻指出PZT成份對於其繞射峰位置有相當明顯之關係，而在成份縱深分析(SIMS)亦發現其PZT層有相當明顯的成份改變。在分層熱處理部份發現各成分原子擴散比一次熱處理來的不明顯，因此有較強的繞射峰與較不明顯的繞射峰偏移。
在鐵電曲線量測發現，BFO薄膜加入PZT5後其漏電特性皆有明顯的改善，但是各層之間界面處因為晶格常數有些微差異的關係使得界面處皆有缺陷產生，因此有較大之矯頑電場，其中分層熱處理又有較明顯的介面缺陷情形。
利用此異質多層結構所鍍製出的薄膜發現有較單一相BFO來的高之磁化量，推論其原因為BFO之磁結構改變以及BFO界面處的磁矩傾斜較為嚴重使得此結構有較好的磁性。

摘要................................................I
目錄..............................................III
圖目錄.............................................VI
第一章  簡介........................................1
第二章  文獻回顧....................................4
2-1. 異質多層鐵電薄膜的研究.........................4
  2-1-1. 複合材料與異質多層結構簡介.................4
  2-1-2. 異質多層結構薄膜簡介.......................5
2-2. 複鐵式材料與磁電效應...........................6
  2-2-1. 鐵電結構與性質.............................6
  2-2-2. 磁電效應...................................7
  2-2-3. 複鐵式材料性特與應用.......................9
  2-2-4. 單相之複鐵式材料..........................10
  2-2-5. 異質結構之複鐵式材料......................12
2-3. 鐵酸鉍之特性..................................13
  2-3-1. 晶體結構..................................13
  2-3-2. 電性......................................14
  2-3-3. 磁性......................................14
2-3-4. BFO與PZT複合材料............................15
  2-3-5. 未來發展..................................15
第三章  實驗程序...................................17
3-1. 薄膜製作......................................17
  3-1-1. Pt/Ti/SiO2/Si 基板之準備..................17
  3-1-2. 溶膠的製備................................17
  3-3-3. 薄膜的旋鍍................................19
  3-1-4. 薄膜熱處理................................20
  3-1-5. 上電極製作................................20
3-2. 薄膜特性分析..................................21
3-3. 薄膜電性與磁性量测............................21
  3-3-1. 介電常數及散逸因子量測....................21
  3-3-2. 電滯曲線量測..............................22
  3-3-3. 漏電流特性量測............................22
  3-3-4. 磁滯曲線量測..............................22
第四章  實驗結果與討論.............................24
4-1. 晶體結構分析..................................24
  4-1-1.  各種薄膜XRD分析..........................24
  4-1-2.  各種結構XRD比較..........................27
4-2. 微觀結構及縱深成份分析........................28
  4-2-1. SEM.......................................28
  4-2-2. SIMS......................................30
4-3. 介電特性量測果................................31
4-4. 鐵電特性......................................33
4-5. 漏電流特性....................................35
4-6. 磁滯曲線量測..................................37
第五章  結論.......................................39
第六章  參考文獻...................................42

                                

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