本论文的主要内容

本课题首先要制备出纯相均匀BiFeO3薄膜，BiFeO3薄膜电性能的测试以及掺杂改性工作及掺杂后薄膜的表征和性能测试是核心部分。

（1） 用sol-gel法制备出纯相、Ho，Mn，Ca和Ho，Mn，Ba共掺杂的BiFeO3薄膜， 通过XRD和SEM等常用分析方法对其结构进行分析，通过介电、漏电流对其爱你性能进行分析。

（2）研究制备的纯相以及共掺杂的BiFeO3薄膜的介电频谱、损耗频谱，漏导电流；研究室温下薄膜的电滞回线，磁滞回线，分析掺杂的BiFeO3性能改善的机理。

（3）通过对不同Ca、Ba掺杂量的Bi0.92Ho0.08Fe0.97Mn0.03O3薄膜的结构和电性能分析，确定出最佳掺杂量。

本实验采用日本理学D/max-2200PC自动X射线衍射仪对BiFeO3薄膜的物相组成和晶体结构进行分析。测量时，选用Cu靶的CuKa射线，管电压和电流分别为40kV和200mA，扫描步长为0.020，扫描范围15-70°。

图3-5为Bi0.92-xHo0.08CaxFe0.97Mn0.03O3薄膜在不同电场下测得的磁滞回线。从图中可以看到纯相BiFeO3薄膜没有获得饱和的电滞回线，这是由于纯相BiFeO3的击穿电压太低，电压最大只能增至13V，且电滞回线已经严重变形，13V电压下的剩余极化值Pr仅有2.2μC/cm2。然而通过Ca2+、Ho3+、Mn2+的掺杂使Bi0.92-xHo0.08CaxFe0.97Mn0.03O3薄膜的铁电性能明显增强，击穿电压增加，剩余极化值Pr增大，矩形度变好。这是因为薄膜中的铁电性起源于Fe3+相对氧八面体的位移，而随着掺杂量的增大BiFeO3薄膜晶格内会发生不同程度的畸变，结构不对称性增强，所以铁电性增强；另一方面，根据漏电流的分析，通过Ca2+、Ho3+代替Bi3+可以减少氧空位，减小漏电流，增大加载在薄膜上的有效电压，增强铁电性。x=0.01的Bi0.92-xHo0.08CaxFe0.97Mn0.03O3薄膜击穿电压可达65V，65V电压下的剩余极化值可达到Pr=88.15μC/cm2，相比于纯相BiFeO3提高了40倍，矫顽场为Ec=405kv/cm， 除此之外该薄膜的矩形度也相对较好。根据XRD的分析可知，掺杂量在0.01时，薄膜晶格畸变扭曲程度达到最大，所以获得了最大的剩余极化值。

本实验采用溶胶-凝胶法在FTO/glass基底上制备BiFeO3、Bi0.92-xHo0.08CaxFe0.97Mn0.03O3和Bi0.92-xHo0.08BaxFe0.97Mn0.03O3薄膜，薄膜的退火温度为550℃。通过使用X射线衍射仪，扫描电子显微镜，阻抗分析仪，电滞回线测试仪，漏电流测试仪等研究了BiFeO3薄膜物相、微观形貌、介电性、铁电性以及漏电流。得出以下结论：

（1）在Bi0.92-xHo0.08CaxFe0.97Mn0.03O3薄膜中，当Ca的掺杂量为0.01时，薄膜的结构发生畸变，晶格畸变程度较大，薄膜具有较好的铁电性能，且漏电流相比于纯相BiFeO3有明显的降低。Bi0.91Ho0.08Ca0.01Fe0.97Mn0.03O3薄膜的晶粒发育良好，晶粒尺寸比纯相BiFeO3降低了薄膜的均匀性和致密度都较好。Bi0.91Ho0.08Ca0.01Fe0.97Mn0.03O3薄膜时在65V的外加电场下剩余极化值为88.18μC/cm2，相比于纯相BiFeO3提高了40倍，矫顽场为Ec=405kV/cm，且该薄膜的矩形度也相对较好。表现出较好的铁电性能，并且Ca掺杂0.01时的漏电流最小，比纯相有明显的降低。

（2）在Bi0.92-xHo0.08BaxFe0.97Mn0.03O3薄膜中，Ba的掺杂量为0.03时，在电压为65V下剩余极化值Pr可达到71.24μC/cm2，相比于纯相BiFeO3提高了32倍，矫顽场为430kV/cm，且矩形度也相对较好，极大地增加了薄膜的铁电性能；Ba掺杂0.03和0.05时的漏电流较小，且介电损耗最小；Bi0.89Ho0.08Ba0.03Fe0.97Mn0.03O3薄膜晶格结构畸变程度较小，同时介电损耗也相对较小；其漏电流也相比于纯相有明显的降低。