溶液浓度和Mn掺量对BiFeO₃薄膜漏电性能的影响

【作者】 杨士菊； 范素华； 张丰庆； 解肖斌； 郭晓东； 张丽萍；

【机构】 山东建筑大学材料科学与工程学院； 山东女子学院；

【摘要】 Bi FeO₃（BFO）作为一种无铅环保的多铁性材料,因与PZT具有相当的铁电性能、压电性能,远高于室温的奈尔温度（T_N=370℃）和居里温度（Tc=830℃）,近年来成为人们研究的热点。然而,BFO薄膜具有较大的漏电流严重制约着其实际应用。研究表明,合适的溶液浓度和低价元素掺杂可以有效降低BFO薄膜的漏电流。采用溶胶-凝胶法,层层退火工艺在ITO/glass衬底上制备了不同溶液浓度（0.20mol/L,0.25mol/L,0.30mol/L,0.35mol/L）的Bi Fe_0.99Mn_0.01O₃（BFMO）薄膜样品,研究了浓度对BFMO薄膜结构和漏电性的影响,并分析了薄膜漏电流的传导机制。XRD结果表明,所有检测到的衍射峰均与扭曲的菱方钙钛矿R3c结构相匹配。I-V表明,随着溶液浓度的增加,漏电流密度呈现先减小后增大的趋势,同一测试电场下,当溶液浓度为0.3mol/L时,漏电流密度最小为9.8×10^-8A/cm²漏电流最小。在溶液浓度为0.30mol/L的基础上,通过对不同Mn掺量BiFe_1-xMn_xO₃（BFMO,x=0mol%,1mol%,2mol%,3mol%）薄膜研究发现,所有掺Mn的BFMO薄膜的漏电流密度均比未掺杂的低,同时发现,随着Mn掺量的增加,漏电流密度也随之增加,究其原因,低价Mn的加入,使薄膜中产生了较多的缺陷离子对,限制了氧空位的移动,随着Mn掺量的增加,较多自由移动的缺陷离子的产生,又使薄膜的漏电流密度增大,因此,最佳Mn掺量为1mol%。更多还原