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具有不同晶体结构的铁酸铋(BiFe03,BFO)外延薄膜,表现出来的性能也各有差异。大晶格失配衬底上生长的BFO薄膜中存在类四方相(T-like相)和单斜相(R-like相)两相共存,这类混合相共存具有很大的压电响应。为了深入地理解BFO外延薄膜的宏观性能与微观结构之间的关联,本文利用选区电子衍射(SAED)、高分辨透射电子显微术(HRTEM)、原位透射电镜技术(insitu TEM)和高角度环形暗场扫描透射电子显微术(HAADF-STEM)等技术手段研究了 BFO外延薄膜中类四方相的热稳定性、掺杂30%La3+后的BFO薄膜中的复合相结构以及BFO薄膜中109°铁弹畴的畴宽和薄膜厚度的标度关系。所取得的主要实验结果如下:1、用TEM在LaAlO3单晶衬底上的BFO外延薄膜中观察到了 T-like相和R-like相交替排列的混合相结构,其中T-like相的宽度大约是10-35nm,体积分数大约为35%。在HRTEM图和SAED图中都观察到了相邻R-like相和T-like相的晶面之间存在3.8°的夹角。在R-like相中,沿[110]带轴观察到了超衍射斑,这是由于R-like相中氧八面体沿[11l]带轴的反相倾斜产生的。TEM原位加热和冷却实验发现BFO薄膜中T-like相在435℃时发生了由T-like相到R-like相的结构相变,而当温度由高温降到室温,BFO一直保持为R-like相。2、用 TEM 研究了生长在(110)GdScO3(GSO)衬底上的 Bi0.7La0.3FeO3(LBFO)外延薄膜的相结构。薄膜厚度为25nm,薄膜中衬底与SrRu03(SRO)的界面平整,LBFO与SRO的界面平滑、原子排列整齐,没有观察到位错等缺陷。LBFO、SRO 与 GSO 的外延关系为:(001)LBFO//(001)SRO//(110)GSO,[010]LBFO//[010]SRO//[1 1O]GSO。LBFO主要以非极性的(nonpolar)正交相为主,空间群为Pnma,还观察到了少量类似于PbZr03的反铁电极性(antipolar)正交相,其空间点群为Pbam。在极性正交相中沿[100]带轴出现了1/4｛011｝超衍射斑,对应的超晶格单胞结构为√2apc×2√2apc×√2apc。3、用TEM研究了生长在(110)PrScO3(PSO)衬底上的BFO的畴结构。BFO与PSO之间的界面平滑,原子排列整齐。沿[010]BFO带轴方向观察BFO/PSO界面,无失配位错产生。BFO与PSO的外延关系为:(001)BFO//(110)PSO,[010]BFO//[110]PSO。在BFO中沿[010]BFO带轴观察到了 109°铁弹畴,畴壁与衬底夹角大约为90°,畴壁附近Fe原子相对于单胞中心有一个明显的位移。当薄膜的厚度从21 nm增加到110nm时,这些薄膜中仍然存在109°铁弹畴,且畴宽随着厚度的增大而增大,畴宽W与薄膜厚度d满足Kittel’s law(W ∝ d1/2)。