[发明专利]一种利用针尖电场在铁电薄膜中构建周期性条带畴的方法

权利要求书

1.一种利用针尖电场在铁电薄膜中构建周期性条带畴的方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、脉冲激光沉积制备铁酸铋薄膜样品；

S2、对铁酸铋薄膜样品进行物相表征，采用AFM表征其形貌、粗糙度；

S3、对铁酸铋薄膜样品采用PFM表征，获得铁酸铋薄膜样品的矫顽电压、自发极化；

S4、控制PFM探针悬臂与铁酸铋薄膜样品晶格的相对方向，在PFM针尖上施加超过矫顽电压的直流电压，对铁酸铋薄膜样品通过PFM针尖电场写入，将其面外极化翻转为统一指向；利用PFM针尖扫描过程中产生的尾部电场，将面内极化重新定向并形成条带；

S5、对铁酸铋薄膜样品在S4步骤中写入的区域采用矢量PFM表征，获得周期性条带畴。

2.根据权利要求1所述的一种利用针尖电场在铁电薄膜中构建周期性条带畴的方法，其特征在于：步骤S1中，所述的脉冲激光沉积制备铁酸铋薄膜样品是在衬底上依次脉冲激光沉积底电极、铁电层，所述的衬底为SrTiO₃，所述的底电极为SrRuO₃，所述的铁电层为BiFeO₃。

3.根据权利要求2所述的一种利用针尖电场在铁电薄膜中构建周期性条带畴的方法，其特征在于：所述的底电极SrRuO₃的厚度为30～40nm；所述的铁电层BiFeO₃的厚度为50～60nm，所述的脉冲激光沉积铁电层的氧压条件为2～3Pa。

4.根据权利要求1所述的一种利用针尖电场在铁电薄膜中构建周期性条带畴的方法，其特征在于：步骤S2中，所述的AFM表征中，AFM针尖驱动频率为76KHz。

5.根据权利要求1所述的一种利用针尖电场在铁电薄膜中构建周期性条带畴的方法，其特征在于：步骤S3-S5中，所述的PFM表征中，在PFM针尖设有导电涂层，所述的导电涂层为Pt/Ir。

6.根据权利要求1所述的一种利用针尖电场在铁电薄膜中构建周期性条带畴的方法，其特征在于：在步骤S5中，所述的采用矢量PFM表征是联合一个面外PFM数据和两个面内PFM数据，两个面内PFM图像为相互垂直方向，将铁酸铋薄膜样品顺时针旋转90°；最后，将0°和90°的两个结果进行重组得到铁酸铋薄膜样品的畴结构。

7.根据权利要求6所述的一种利用针尖电场在铁电薄膜中构建周期性条带畴的方法，其特征在于：在所述的面外PFM数据中，面外PFM针尖的驱动频率为200～300KHz；在所述的面外PFM数据中，面内PFM针尖的驱动频率为1.0～1.2MHz。

8.根据权利要求1所述的一种利用针尖电场在铁电薄膜中构建周期性条带畴的方法，其特征在于：所述的步骤S4和步骤S5确定探针悬臂与铁酸铋薄膜样品晶格指向的相对方向，通过步骤S4，在探针上施加超过矫顽电压的偏压写入矩形图案，在铁酸铋薄膜样品中将面外极化翻转，PFM针尖尾部电场将面内极化重新定向，通过步骤S5读取，通过调整探针悬臂与铁酸铋薄膜样品晶格指向的相对方向，改变施加偏压，再次写入并读取；重复这一操作，直到结果呈现符合要求的周期性条带畴。