偏轴磁控溅射法外延BiFeO3薄膜的介电性能与阻变效应

摘要： 利用偏轴射频磁控溅射法, 在(001) SrTiO3(STO)单晶基片上制备了Pt/BiFeO3/La0.5Sr0.5CoO3/STO (Pt/BFO/ LSCO/STO)异质结电容器。研究了BiFeO3薄膜的结构和物理性能。原子力显微镜(AFM)和X射线衍射(XRD)分析表明: BFO薄膜结晶质量良好, 且为单相(00l)外延钙钛矿结构。介电性能测试结果发现: 在5 V驱动电压下, Pt/BFO/LSCO电容器呈现饱和的蝶形回线, 调谐率和介电损耗分别为14.1%和0.19。此外, 阻变机制研究表明: 在0→5→0 V正向电压和0→-5→0 V负向电压下, 阻变均为高阻向低阻转变规律, 呈现为铁电二极管的阻变开关行为。通过I-V曲线拟合, 得到0→5→0→-5 V时阻变机制为空间电荷限制电流陷阱能级的填充和脱陷, 而-5→0 V时符合界面限制的F-N隧穿机制。