赵仲睿 闫 超 刘东讯 孙军艳 李丹洋 朱明伟

(沈阳航空航天大学,辽宁 沈阳110136)

1 概述

以Pb（ZrxTi1-x）O3（PZT）为代表的铁电材料具有优良的铁电、压电及光电性能，使其在铁电存储器（FeRAM）、薄膜电容器及微机电系统(MEMS)等领域具有广泛的应用前景。但是随着当前各国环境保护措施的深入，寻求环境友好的无铅铁电材料成为国际上铁电材料研究领域的热点。理论计算和实验研究均表明，BiFeO3（BFO）单晶具有较大的自发极化值（～100℃/cm2），因此成为二十一世纪最具前景的PZT替代材料[1，2]。

室温下体材料BFO为菱方结构，铁电极化性能来源于Bi6s孤对电子。若进一步改善薄膜的晶格结构，形成四方相的BFO，Fe3+偏离对称中心发生位移也会形成极化偶极子，从而增加BFO的剩余极化[3]。然而BFO薄膜的主要缺点是漏电流太大，导致薄膜的剩余极化值非常低[4，5]。研究表明，BFO中氧空位的存在导致Fe3+向Fe2+离子的转变是导致薄膜漏电流升高的主要原因[6]。通常采用的方法是采用物理气相沉积制备高质量的BFO外延薄膜，或者采用不等价元素对BFO薄膜A位或B位进行掺杂，降低BFO薄膜的漏电流[7-9]。Wang等采用快速加热的方式制备BFO粉体材料，结果显示快速加热能够有效降低BFO中的氧空位浓度，抑制Fe2+离子的形成[10]。

相比于气相沉积方法，溶胶凝胶法具有可大面积制备、设备简单以及成本低等优点。然而该方法所得薄膜为多晶薄膜，结晶质量较差且漏电流较大，亟需进一步改进。本研究采用溶胶凝胶法制备了BFO薄膜，研究了不同升温速率对BFO薄膜相成分、微观结构和铁电性能的影响，并分析了升温速率对BFO薄膜结构和性能的影响机制。……