Rotationsbeschichtung, eine schnelle Methode zur Herstellung dünner ferroischer Oxidfilme

Abstract

Dünnfilme aus MFe2O4 (M = Co, Ni, Mg, Cu) und BaTiO3 wurden durch Rotationsbeschichtung von N,N-Dimethylformamid und Essigsäure Lösungen auf Platin-Silizium und (001) SrTiO3 Substraten hergestellt. Um die gewünschte Schichtdicke zu erhalten wurden diverse Beschichtungsschritte durchgeführt. Röntgendiffraktion, IR- und Ramanspektroskopie zeigten die phasenreine Bildung von Bariumtitanat und der Ferritspinelle. Rasterelektronen- und Rasterkraftmikroskopie belegten eine glatte und homogene Oberfläche mit Rauigkeiten im nm-Bereich für alle Filme. Rocking Curve Messungen offenbarten, dass die Mosaizitäten der Ferrite durch die Platinschicht induziert wurden, bei der die (111)-Netzebenen parallel zur Filmoberfläche liegen. Reziproke Gitterkartierungen demonstrierten das epitaktische Wachstum der BaTiO3 und CoFe2O4 Schicht auf (001) SrTiO3. Polarisationsmessungen und magnetische Hysteresen beweisen das Vorhandensein von Ferroelektrizität und Ferrimagnetismus (Multiferroika).

Thin films of MFe2O4 (M = Co, Ni, Mg, Cu) and BaTiO3 were prepared by spin coating of N,N-dimethylformamide and acetic acid solutions on platinum silicon and (001) SrTiO3 substrates. Several coatings steps were applied to get the desired thickness of the films. X-ray diffraction, IR and Raman spectroscopy revealed the formation of phase-pure bariumtitanate and the ferrite spinels. Scanning electron microscopy and atomic-force microscopy investigations reveal smooth and uniform surfaces with root mean square roughness values in the nm range for all fabricated films. Rocking curve scans revealed that the mosaicity of the ferrite films are induced by the Pt-layer with the (111) lattice plane being parallel to the film surface. Reciprocal space mapping clearly demonstrated the epitaxial growth of the BaTiO3 and CoFe2O4 layer on (001) SrTiO3. Polarization measurements and magnetic hysteresis loops prove the presence of ferroelectricity and ferrimagnetism (multiferroics).