第32卷第4期 2015年11月 广东工业大学学报 Journal of Guangdong University of Technology Vo1.32 No.4 November 2015 doi:10.3969/j.issn.1007—7162.2015.04.004 不同退火气氛下Bi2 NiMnO6薄膜的 铁电性能和漏电流研究 邓敏霖,刘秋香,李万朋 (广东工业大学物理与光电工程学院,广东广州510006) 摘要:采用化学溶液法以LaNiO 为底电极在si(100)衬底上生长了Bi:NiMnO 薄膜,分别在N 和0 下对薄膜进 行退火,退火温度均为600 oC,研究不同退火气氛对薄膜结构与电性能的影响.用XRD测量分析了Bi,NiMnO 薄膜 的结构,用铁电性能测量仪表征了样品的铁电性能和漏电流特性.结果表明,在N:或O:气氛下,Bi:NiMnO 薄膜均 能成相,所有样品在室温下均表现出铁电性能,同时,这些样品都呈现 相当低的漏电流密度.此外,还讨论了 Bi NiMnO 薄膜的导电机制. 关键词:双钙钛矿;薄膜;Bi,NiMnO ;电性能;溶胶一凝胶 中图分类号:0472 文献标志码:A 文章编号:1007—7162(2015)04—0021—04 Influence of Annealing Atmosphere on the Ferroelectric and Leakage Current Behavior of Bi2 NiMnO6 Thin Films Deng Min—lin,Liu Qiu—xiang,Li Wan—peng (School of Physics and Optoelectronic Engineering,Guangdong University of Technology,Guan ̄ou 510006,(3dna) Abstract:Bi2 NiMnO6(abbreviated as BNMO)thin films grow on LaNiO3 buffered Si(100)substrate prepared by chemical solution deposition.The structure of the thin films is characterized by X—ray diffrac— tion,and both the ferroelectric properties and leakage current behavior are measured by ferroelectric test— er at room temperature.The results suggest that they have become crystalline phases in the two samples annealed in N2 and O2 respectively.The ferroelectric properties appear in all samples under room temper— ature and the BNMO sample shows a fairly low leakage current density.Furthermore,the mechanism of electrical conductivity is also investigated in the paper. Key words:double perovskite;thin film;Bi2 NiMnO6;electrical properties;sol—gel 从20世纪50年代起,人们对钙钛矿(ABO )型 氧化物的结构特征、电磁性能等方面开始了初步的 阻效应的材料之一而备受关注_2 J.随着器件的微型 化以及多功能化,含有两种或两种以上铁序(铁电、 铁磁或铁弹)的多铁性材料也日益受到重视_3 .到 目前为止,理论计算表明,Bi:FeCrO 、Bi NiMnO 等 探索和研究,而到了1993年,在钙钛矿化合物 La Ca MnO 系列中发现了特大磁电阻效应 (CMR)促使这类材料得到人们的广泛关注和深人 研究,而双钙钛矿氧化物作为与钙钛矿氧化物紧密 相连的材料也得到了广大研究学者的青睐¨ .1998 年,Kobayashi K L等人在室温下研究双钙钛矿型化 合物Sr FeMoO 中发现磁电阻现象,这一发现令双 钙钛矿型氧化物被视为在室温下即有可能产生磁电 收稿日期:2014.11—13 双钙钛矿化合物可能同时具有铁电性和铁磁性 . Azuma在6GPa的高压下合成了Bi NiMnO 化合 物 J.然而,类似Bi FeMnO 双钙钛矿化合物的报 道还是不多,主要原因在于这些双钙钛矿化合物在 常温下属亚稳态,其合成通常需要非常高的温度和 压力[9-10]. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(10774030,11032010);广东省高教基金资助项目(2012KJCX0044) 作者简介:邓敏霖(1989一),女,硕士研究生,主要研究方向为多铁材料及器件物理. 通讯作者:刘秋香(1970一),女,教授,博士,硕士生导师,主要研究方向为功能材料与器件物理,E—mail:liuqx@gdut.edu.cn 24 E /(kV.cm。 1 广东丁业大学学报 第32卷 0,气氛下退火其XRD衍射峰要比N,气氛下退火 的衍射峰强很多,实验表明O 气氛下退火更有利于 BNMO薄膜的成相.漏电流密度测试与分析结果表 明,同样偏压下O 气氛下退火的薄膜比N 气氛下 退火的薄膜漏电流密度要低2个数量级,说明O,气 氛退火比N,气氛有利于改善BNMO薄膜的漏电流 基 ● 《 特性.N 气氛下薄膜的饱和极化值以及剩余极化值 要比同样测量条件下的O 退火的薄膜的高,可能是 由于N,气氛下退火的薄膜漏电流比较大所导致的. ∞ 旦 og(E/(kV・cm )) (a)N 气氛 。量 ? S 。D 旦 log /(kV・cm‘。)) (b)O:气氛 图4 600℃退火的BNMO薄膜的漏电流机理分析 Fig.4 The leakage current density mechanism analysis ofthe BNnO thin films at 600 ℃ 图4(b)是0,气氛下600℃退火的BNMO薄膜 的漏电流分析图.可以看到,在底电极LNO薄膜上 加上正向偏压时,log J~log E在低电场时直线斜率 为1.2,表明低电场时漏电流机制为欧姆机制,在 Au/BNMO界面形成欧姆接触.在底电极LNO薄膜 上加上反向偏压时,在低电场(<600 kV/cm),直线 斜率为1.0,表明低电场下界面也属欧姆接触;高电 场时(>600 kV/cm),直线斜率为6.o,说明薄膜漏 电流主要来自空间电荷限制电流(SCLC)的作 用 . 3 结论 本文利用化学溶液法在Si(100)衬底上先生成 一层LNO作为缓冲层兼底电极,再生长一层BNMO 薄膜,研究了分别在不同气氛下退火后薄膜的结构 及电性能.结果表明,同样在600℃下退火的薄膜, 参考文献: [1]韩红梅,都有为,钟伟,等.磁性双钙钛矿材的研究进展 [J].功能材料,2001,32(6):568—571. Han H M,Dou Y W,Zhong W,et a1.The research progress of magnetic double perovskite materials[J].Functional Material,2001,32(6):568—571. [2]Kobayashi K L,Kimura T,Sawada H,et a1.Room—tempera— ture magnetoresistance in an oxide material with an ordered double—perovskite structure[J]. Nature, 1998,395 (6703):667—680. [3]Wang J,Neaton J B,Zheng H,et a1.Epitaxial BiFeO3mul— tiferroic thin film heterostructures[J].Science,2003,299 (5613):1719—1722. 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