离轴溅射法生长的BiFeO3 外延薄膜及其交换偏置效应

离轴溅射法生长的BiFeO3 外延薄膜及其交换偏置效应

余果，王艺程，金利川，白飞明

电子薄膜与集成器件国家重点实验室，电子科技大学，四川，成都，610054

　　多铁性BiFeO3 薄膜吸引了人们广泛的关注，并且有望应用于磁电器件、自旋电子器件和微波器件等领域。近年来，有多个研究小组报道了在FM/BiFeO3(FM=Co, Fe, Ni,NiF, CoFe, CoFeB)异质结中观察到交换偏置现象。

　　本文首先用离轴射频磁控溅射法在(001), (110) 和(111) SrTiO3 和Nb 掺杂SrTiO3 单晶基片上成功生长了400nm 厚的高质量的外延BiFeO3 薄膜。接着，不同厚度的 CoFe 铁磁层又沉积在BiFeO3 薄膜上形成异质结。

　　磁化曲线测试表明：在(001)和(110)-BiFeO3 薄膜上都可以观察到矫顽力的增加(即交换增强效应)和磁滞回线的偏移(即交换偏置效应)。但没有在CoFe/(111)BiFeO3 异质结中观察到交换偏置现象。各向异性磁电阻测量支持这一结果。

　　因此，我们认为无论是109 度铁电畴、71 度铁电畴或者螺旋自旋结构的破缺都可以导致交换偏置效应，而在(110)-BiFeO3 薄膜中发现大于70 Oe 的交换偏置场十分重要，这意味着一方面我们可以通过面外电场操控交换偏置，降低了器件设计的难度;另一方面，可以通过施加不同电场强度来控制电畴翻转后的极化取向，从而有望实现可逆的交换偏置场调控。

　　关键词 多铁性;自旋电子;磁电效应;交换配置