[發(fā)明專利]一種利用離子注入誘導(dǎo)BiFeO3 有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201811554397.3 | 申請日： | 2018-12-19 |
| 公開（公告）號： | CN109802033B | 公開（公告）日： | 2023-04-28 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 陳德楊;陳超;李才文;鄧雄;孫菲;高興森 | 申請（專利權(quán)）人： | 華南師范大學(xué) |
| 主分類號： | H10N50/01 | 分類號： | H10N50/01;H10N50/85 |
| 代理公司： | 廣州駿思知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44425 | 代理人： | 吳靜芝 |
| 地址： | 510006 廣東省廣州市番禺區(qū)外*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 利用 離子 注入 誘導(dǎo) bifeo base sub | ||
本發(fā)明提供一種利用離子注入誘導(dǎo)BiFeOsubgt;3/subgt;薄膜可逆相變的方法，對BiFeOsubgt;3/subgt;薄膜注入氦離子，使其晶格隨氦離子注入量的增加逐漸按菱方相→類四方相→四方相→超四方相的順序發(fā)生轉(zhuǎn)變，再進(jìn)行退火處理，使其晶格按超四方相→四方相→類四方相→菱方相的順序發(fā)生轉(zhuǎn)變。通過將氦離子注入包括菱方相的BiFeOsubgt;3/subgt;薄膜中，氦離子進(jìn)入BiFeOsubgt;3/subgt;的晶格間隙，給菱方相的晶格的ab面提供應(yīng)力，使c軸拉伸，促使菱方相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃姆较嗪?或四方相和/或超四方相。再經(jīng)過退火處理并合理控制退火溫度和退火時(shí)間可有效激發(fā)氦離子溢出晶格間隙，使類四方相和/或四方相和/或超四方相恢復(fù)成菱方相，實(shí)現(xiàn)了類四方相和/或四方相和/或超四方相與菱方相之間的可控、可逆轉(zhuǎn)變。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用離子注入誘導(dǎo)BiFeO3薄膜可逆相變的方法。
背景技術(shù)
多鐵材料是一類兼具鐵電性(反鐵電性)和鐵磁性(反鐵磁性)的多功能材料，可實(shí)現(xiàn)電和磁之間的相互調(diào)控，有望用于高密度、低功耗、高速、非易失性的磁電耦合存儲器件。BiFeO3(BFO)是目前研究最熱的多鐵材料之一，其兼具鐵電性和反鐵磁性，鐵電居里溫度(～1100K)和反鐵磁尼爾溫度(～653K)均遠(yuǎn)高于室溫。BFO在室溫下的穩(wěn)定相是菱方相，其晶格中c軸與a軸的晶格常數(shù)比(c/a比)接近1，在[001]方向的極化值約為60μC/cm2。BFO的外延薄膜中，除了本征的菱方相外，還存在由應(yīng)變誘導(dǎo)的類四方相、四方相和超四方相，具有自發(fā)極化大、壓電響應(yīng)強(qiáng)和光伏效應(yīng)等新穎物理性能。
現(xiàn)有誘導(dǎo)BFO薄膜形成類四方相、四方相和超四方相的主要方法是利用與襯底較大的晶格失配(～4.5％)為菱方相晶格的ab面提供應(yīng)變，使c軸拉伸，使c/a比接近1.23或者更大。然而隨著薄膜厚度的增加，來自薄膜底部與襯底的界面處用以維持類四方相、四方相和超四方相，尤其是四方相和超四方相的約束力將無法保持，部分BFO因應(yīng)變釋放形成菱方相，整個(gè)薄膜呈現(xiàn)一種類四方相和菱方相共存的混合相狀態(tài)。因此通常無法在厚度較大的BFO薄膜中獲得單純的四方相或超四方相，極大地限制其應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
基于此，本發(fā)明提供一種利用離子注入誘導(dǎo)BiFeO3薄膜可逆相變的方法，該方法不受BiFeO3薄膜厚度的影響，可以使BiFeO3薄膜在四方相和混合相之間可逆地相互轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明所述利用離子注入誘導(dǎo)BiFeO3薄膜可逆相變的方法為，對BiFeO3薄膜注入氦離子，使其晶格發(fā)生轉(zhuǎn)變。
進(jìn)一步，所述含有菱方相的BiFeO3薄膜的晶格隨著氦離子注入量的增加逐漸按菱方相→類四方相→四方相→超四方相的順序發(fā)生轉(zhuǎn)變，變成含有類四方相和/或四方相和/或超四方相的BiFeO3薄膜。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明將氦離子注入包括菱方相的BiFeO3薄膜中，氦離子進(jìn)入BiFeO3的晶格間隙，給菱方相的晶格的ab面提供應(yīng)力，使c軸拉伸，促使菱方相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃姆较嗪?或四方相和/或超四方相。
進(jìn)一步，所述利用離子注入誘導(dǎo)BiFeO3薄膜可逆相變的方法還包括，對所述含有類四方相和/或四方相和/或超四方相的BiFeO3薄膜進(jìn)行退火處理，使其晶格按超四方相→四方相→類四方相→菱方相的順序發(fā)生轉(zhuǎn)變。經(jīng)過退火處理，氦離子從BiFeO3晶格間隙中溢出，則BiFeO3晶格失去離子注入所帶來的應(yīng)力，四方相和/或超四方相重新變成菱方相。
進(jìn)一步，所述BiFeO3薄膜厚度為0～100nm。
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