双钙钛矿Bi2FeCrO6薄膜的制备与性能研究
随着信息技术和电子技术的飞速发展，人们对材料的功能性提出了越来越高的要求。具有多种独特性能的双钙钛矿Bi2FeCrO6(BFCO)材料引起了大量研究人员的关注，理论研究预测B位有序的双钙钛矿Bi2FeCrO6在具有80μ/cm2的超高铁电极化强度的同时还保持着约160emu/cc的磁化强度，其理论禁带宽度仅有1.48eV。这些独特的物理性质预示着BFCO材料在信息存储、半导体器件、光伏器件等领域具有潜在的应用价值。自BFCO被提出以来大量研究人员通过外延生长的方法成功制备了各项性能优异的BFCO单晶薄膜器件，然而如果想要使其大规模工业化应用，如何降低生产成本成为了需要考虑的问题。基于这一背景，本论文对溶胶凝胶法制备的多晶BFCO薄膜结构与形貌、阻变性能、光伏性能、二极管性能进行了详细研究。采用溶胶凝胶法制备薄膜是由于其制备步骤简单，成本低廉且制备工艺与现阶段工业化生产线融合度高。论文具体内容如下： (1)首先摸索了溶胶凝胶法制备BFCO薄膜的工艺流程。对不同温度下在FTO、LNO、LSMO三种衬底上的BFCO薄膜形貌结构进行了表征。结果表明FTO衬底上650℃退火的BFCO薄膜最好，XRD结果显示薄膜是多晶的，SEM结果显示出薄膜表面光滑致密，晶粒清晰。LNO与LSMO衬底上800℃退火的薄膜形貌与结构测试结果表明不同衬底对薄膜结晶程度也有影响，XRD结果显示LSMO衬底上的薄膜结晶度更好，SEM表面形貌结果也表明LSMO衬底上的薄膜晶粒大，更加平整致密。 (2)对BFCO薄膜的阻变性能进行了测试。FTO衬底上的薄膜表现出独特的数字模拟转换的阻变行为，这一行为在数模转换器、人工智能其等领域具有潜在的应用价值。LSMO衬底上的BFCO薄膜都能够表现出稳定的多级阻变行为，但其工作电压较大，这限制了其应用潜力。而LNO衬底上的BFCO薄膜可以在较小的工作电压下表现出双向可调节的多级阻变行为，高阻态和低阻态能够分别实现4级和3级阻变调节，器件各阻态能够在104次循环中保持稳定，在104s内保持信息不丢失。实验还证明改变电压扫描频率能够进一步调节器件开关比。这些都表明的BFCO薄膜优异的阻变性能。 (3)随后对BFCO薄膜的光学性能进行了测试。通过FTO衬底上的BFCO薄膜吸收光谱推算出其带隙宽度约3.2eV，这预示着其光伏性能可能并不理想。进一步测试结果也表明器件没有明显的光伏效应，但表现出典型的光电二极管特性。LNO与LSMO衬底上薄膜的光吸收能力更强，利用吸收光谱推算出LNO衬底上的薄膜带隙宽度为2.6eV，LSMO衬底上的薄膜带隙宽度更低仅为1.8eV。光伏效应测试结果表明两类器件都有着优异的铁电光伏效应，光伏效应强度可以通过极化电压进行调节，且光伏响应快速准确。 (4)最后我们分别对BFCO薄膜的二极管性能进行了简单测试。FTO衬底上的BFCO薄膜的二极管方向随着极化电压的改变而发生翻转，这是典型的铁电二极管效应。LNO与LSMO衬底上的薄膜二极管方向随着极化电压的改变不发生翻转，但二极管强度后出现明显的改变。 总之本文通过溶胶凝胶法成功制备出多晶的BFCO薄膜，该薄膜在阻变、光伏、二极管方向表现出优异的性能。对BFCO薄膜的后续研究有着积极意义。
Bi2FeCrO6薄膜;双钙钛矿;多晶结构;溶胶凝胶法;光伏性能
广东工业大学
硕士
材料物理与化学
蒋艳平
2021
中文
TB383
2021-10-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）