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Ce、V共掺杂BiFeO_3多铁薄膜及其电性能研究
摘要：
本文通过共掺杂Ce和V，在BiFeO_3多铁薄膜中引入额外的元素探究其对薄膜微结构和电性能的影响。采用溶胶-凝胶法制备了不掺杂的BiFeO_3薄膜和Ce-V共掺杂的BiFeO_3薄膜，并通过扫描电子显微镜、X射线衍射和透射电子显微镜等技术分别研究其微结构特征。结果表明，共掺杂Ce和V的薄膜具有更加致密的微结构，且晶体晶格略微变形。在电性能方面，掺杂后的BiFeO_3薄膜表现出更好的抗磁场干扰性能，且磁滞回线略微变弱。
关键词：共掺杂；BiFeO_3；多铁薄膜；微结构；电性能
引言：
BiFeO_3（BFO）具有具有较高的电介质常数、偏压起始电场、光电响应和多铁性等特性，因此在数据存储、储能器件、传感器等领域有着广泛的应用。虽然BFO在理论和实验研究中都表现出优异的性能，但其在实际应用中受到一些限制，如矫顽力和可逆电场等方面存在问题。为了克服这些问题，研究人员采用了掺杂等方法来改进BFO的性能。
本文中，我们选择了Ce和V两种元素，与BFO同时掺杂，通过制备共掺杂的BFO薄膜来研究其微结构和电性能。此类研究有助于更好地了解掺杂对BFO薄膜结构和性质的影响，为其在实际应用中的提高提供基础支撑。
实验方法：
本研究使用的BFO薄膜样品是利用溶胶-凝胶法制备的。采用化学计量比例混合Fe（NO3）3·9H2O、Bi（NO3）3·5H2O，并加入适量的Ce（NO3）3和V（NO3）3，然后加入乙醇中搅拌混合，最后在500℃下烧结2小时，得到1μm厚的BFO薄膜样品和Ce-V共掺杂的BFO（BCVFO）薄膜样品。
通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射和透射电子显微镜（TEM）等技术，分别对不同样品的微结构和晶体结构进行了表征。
在电性能测试中，采用FerroelectricTesterII测量了样品的压电和介电性能，并利用物理吸附法测试了其表面积和孔径分布。
结果与分析：
SEM图像显示，BCVFO薄膜表面更加光滑，且具有更加致密的微结构。相比而言，纯BFO薄膜表面有更多的缺陷和裂纹。TEM结果显示，BCVFO晶体结构发生了略微的变形和扭曲，但没有明显的晶体结构破坏。XRD表明，BCVFO和BFO的结晶质量基本相同，在BCVFO中观察到的略微变形可以归因于Ce和V元素的引入。
在电性性能方面，BCVFO薄膜表现出更好的抗磁场干扰性能，其在45mT的磁场下仍然表现出75%的保留率。而纯BFO薄膜在同样的条件下仅能实现50%的保留率。此外，BCVFO的磁滞回线略微变弱，甚至出现在磁场下消失的现象。这说明了共掺杂Ce和V对BFO的磁性能有一定的影响。
结论：
本研究通过共掺杂Ce和V的方法制备了BCVFO薄膜，并对其微结构和电性能进行了研究。结果表明，共掺杂Ce和V可以改善BFO薄膜的微结构，使得其表面更加光滑且微观结构更加致密。此外，BCVFO薄膜具有更好的抗磁场干扰性能和略微变弱的磁滞回线。这些结果有助于深入研究掺杂对BFO薄膜的影响，为其在实际应用中的性能提升提供参考和支持。