磁电复合薄膜材料的研发

根据复合结构的不同，磁电复合薄膜分为３类：*类是将铁磁相微粒分散到铁电相中而得到的一种颗粒复合薄膜；第二类是指铁磁相呈柱状分布于铁电相中而得到的柱状复合薄膜；第三类是将铁电、铁磁两相交替沉积而得到的层状结构的复合薄膜。相比于前两种结构的复合薄膜，第三类磁电复合薄膜（层状磁电复合薄膜）的*大优点是电阻率很高的铁电相膜层能够完全阻断铁磁相膜层之间的连通，可完全消除前两种磁电复合薄膜中存在的漏电流过大的问题，有利于获得具有较高磁电性能的磁电复合薄膜材料，因而具有广阔的应用前景。这种磁电复合薄膜不仅符合集成器件的要求，而且可借助其在纳米尺度考察铁电相与铁磁相之间的耦合作用，从而有助于探究磁电效应的物理本质。

层状磁电复合薄膜的制备方法主要有物理气相沉积法和溶胶－凝胶法。采用物理气相沉积法制备的磁电复合薄膜，铁电相和铁磁相界面平整、清晰，界面处两相间无明显扩散，具有较大的磁电效应；但薄膜的沉积需要在一定的真空环境下进行，实验设备昂贵，制备工艺比较复杂，成本较高，周期长，这些缺点也限制了其实际应用。针对物理气相沉积法制备磁电复合薄膜存在的缺点，国内外学者尝试用溶胶－凝胶法制备磁电复合薄膜。溶胶-凝胶法可在空气中进行薄膜的沉积，不需要昂贵的真空设备，具有成本低、成膜均匀性好、成膜面积大、原材料来源广泛、与微电子技术兼容等优点。但是，如果制备条件不合适，得到的磁电复合薄膜的磁电性能将远低于物理法制备的磁电复合薄膜。目前一个研究热点就是优化溶胶-凝胶法制备磁电复合薄膜材料的工艺，减少复合薄膜中铁电相和铁磁相间的扩散，并减少复合薄膜中气孔和微裂纹等缺陷，以制备具有较高磁电性能的磁电复合薄膜材料。

复合材料的磁电系数越大，其磁电耦合性能越好，磁电转换效率也越高。为了使磁电复合材料具有较高的磁电效应，要求铁电相具有较高的压电效应，目前主要采用含铅的Ｐｂ（Ｚｒ０.５２Ｔｉ０.４８）Ｏ３ 或其他铅基铁电材料。当前另一个研究热点是研发具有较高磁电性能的无铅磁电复合薄膜材料，以替代目前普遍使用的含铅的磷铁电材料。