磁电复合薄膜材料中的应力分析与调控及其对磁电性能的影响

磁电复合薄膜材料同时具备铁电、铁磁等多重铁性以及磁与电耦合新产生的磁电效应，且与微电子工艺兼容，具有广泛的应用前景，已成为一个新的研究热点。本项目拟采用化学溶液旋涂法制备层状结构铁电/磁性氧化物复合薄膜，以应力为切入点来研究其磁电耦合效应，为新型磁电复合薄膜的制备及性能改善提供新的思路。采用多种应力测试方法，定量分析层状复合薄膜中的应力随各工艺条件的影响规律；通过认识应力受工艺与结构的调控规律以及对性能的作用结果，为磁电效应的机理研究提供实验基础，以进一步理解磁电薄膜材料中磁电效应的机理。通过调控薄膜的应力，实现对工艺的优化以及薄膜性能的改善，从而得到高性能的层状结构磁电复合薄膜，以改变层状结构只具有微弱的磁电耦合的传统认识。本项目的开展对于研究磁电复合薄膜的应用、物理机制以及推动磁电复合薄膜材料的发展都将具有重要意义。

磁电复合薄膜材料同时具备铁电、铁磁等多重铁性以及磁与电耦合新产生的磁电效应，且与微电子工艺兼容，具有广泛的应用前景，已成为一个新的研究热点。本项目采用化学溶液旋涂法制备层状结构铁电/磁性氧化物复合薄膜，具体研究对象为锆钛酸铅/钴铁氧体体系（PZT/CFO）。以应力为切入点来研究其磁电耦合效应，为新型磁电复合薄膜的制备及性能改善提供新的思路。本项目利用有限元方法析了单相CFO薄膜以及CFO/PZT层状复合薄膜的热应力受工艺条件和结构的影响规律，并利用拉曼光谱分析了不同工艺条件制备得到的单相CFO薄膜以及不同结构的CFO/PZT层状复合薄膜的应力状态，然后研究了不同工艺参数对多铁性层状复合薄膜性能的影响。结果表明，对于Si基片上沉积的CFO单相薄膜，薄膜厚度的越小，受到压应力越大；对于CFO/PZT复合薄膜，应力随着温度的升高而增大，进而磁电耦合效应越弱。本项目还对Si/PZT/CFO比Si/CFO/PZT两种结构的复合薄膜开展了研究， Si/PZT/CFO比Si/CFO/PZT具有更强的磁电耦合，这与两种结构中磁性层受到的压应力大小直接相关，在层状结构中，磁性层受到的压应力越大，复合薄膜的磁电耦合效应越弱。通过3年的研究，顺利完成原定研究内容及技术指标。发表SCI论文4篇，EI论文1篇，申请国家发明专利2项，授权1项。参加国际会议3次，培养硕士毕业生2名。