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随着信息技术的高速发展以及器件小型化、多功能化的要求，集铁磁性和铁电性等多种铁性于一身的多功能磁电复合材料引起了研究人员的高度重视。基于磁电复合薄膜的磁电调谐器件在磁场或/和电场的作用下，具有磁化或/和极化状态发生变化的双重功能，不仅具备铁磁相、铁电相材料各自的功能，还可能衍生出新的磁电效应，实现磁电双调。采用磁电复合材料制作的调谐器件有望克服单独采用铁磁材料或铁电材料带来的缺点，实现宽频带、快响应、低损耗的调谐。 钇铁石榴石(Y3FesO12，YIG)是一种传统且微波性能优异的铁氧体材料，以YIG为铁氧体相的磁电复合调谐体系目前主要为BST/YIG、PZT/YIG、PMN-PT/YIG等几种，铁氧体相和铁电体相的复合方式主要为块体复合或准2-2型层状复合，两相中至少有一相为块体，体积较大，同时需要较高的激励电压，限制了其在集成器件和微电子器件中的应用。随着器件小型化的发展和低成本的要求，实现在Si衬底上生长优异的YIG铁氧体薄膜及YIG基磁电复合薄膜具有重要的研究意义。 Si是金刚石结构，晶格常数为5.419(A)，热膨胀系数为(2.5-4.7)×10-6/K，YIG属于石榴石结构，其晶格常数为12.376(A)，热膨胀系数为9.2×10-6/K。可以看出，两者的晶格常数和热膨胀系数相差较大，失配度远远大于异质外延的条件，所以在Si衬底上很难得到外延生长的YIG薄膜，同时容易在YIG薄膜内部引入裂纹。本论文针对以上所述问题，选择YIG为磁电复合薄膜的铁氧体相，采用化学溶液法和磁控溅射法在SiO2/Si衬底上制备了YIG薄膜以及YIG基磁电复合薄膜，并研究了其磁电性能，主要内容和研究结果如下: 1.Si衬底上优质YIG薄膜的生长与性能研究。 (1)引入疏松的多气孔结构缓冲应力，采用化学溶液法在SiO2/Si衬底上制备了YIG铁氧体薄膜。探究了退火工艺、薄膜厚度以及缓冲层对YIG薄膜性能的影响，提出了一种在SiO2/Si衬底上制备性能优异YIG薄膜的简便的新方法。研究表明，化学溶液法得到的YIG薄膜表面均匀、无裂纹，在较低的退火温度(750℃)时，YIG薄膜的饱和磁化强度4πMs=1.52kGs，矫顽场Hc为7Oe，优于文献报道的Si衬底上制备的YIG多晶薄膜，同时接近于在钆镓石榴石(GGG)单晶上生长的(111)取向YIG薄膜的磁性能（4πMs=1.72kGs，Hc=3.8Oe）。 (2)在引入Pt缓冲层的SiO2/Si衬底上制备了YIG薄膜。缓冲层缓解了由于热膨胀差异在YIG薄膜内部所引起的热应力，制备的YIG薄膜铁磁共振线宽(△H)大大减小，△H=95Oe，低于在无缓冲层的SiO2/Si上生长的YIG薄膜(△H=220Oe)，微波损耗显著降低。结果充分证明了Pt作为热缓冲层可有效降低YIG薄膜的微波损耗。 2.Si衬底上PST/YIG磁电复合薄膜的设计、生长及性能研究 (1)采用钛酸锶铅Pb04Sr06TiO3(PST)薄膜作铁电层，设计一种新型磁电复合薄膜材料体系，即PST/YIG磁电复合薄膜。首先以Pt为PST薄膜的底电极，分别采用溶胶凝胶法和磁控溅射法制备了PST/Pt/YIG磁电复合薄膜。XRD分析表明两种方法均能制得结晶完整的复合薄膜。相比溶胶凝胶法，磁控溅射法制得的复合薄膜中PST薄膜具有更致密的表面形貌。电滞回线测试表明，溶胶凝胶法制得的PST薄膜损耗较大，在400kV/cm电场作用下，其调谐率为58.6％。而磁控溅射法制备的PST薄膜损耗较低，调谐率为70.6％@400kV/cm。相比溶胶凝胶法，磁控溅射法制得的复合薄膜中PST薄膜具有更低的损耗和更高的调谐率。 (2)将PST/YIG复合薄膜结构中Pt电极替换为镍酸镧(LaNiO3，LNO)氧化物电极，构筑PST/LNO/YIG磁电复合薄膜。由于LNO电极的诱导作用，PST铁电薄膜呈高度(100)取向生长。测试了复合薄膜在不同磁场下的磁导率变化，当施加磁场强度为600Oe时，复合薄膜的磁导率变化率可达91.2％，同时具有更高的介电调谐率η=74.8％@400kV/cm。说明PST/LNO/YIG复合薄膜在磁场和电场的作用下，同时具备高的磁场可调性和电场可调性。测试了复合薄膜在循环电场作用下的稳定性，在108次电场循环加载后，薄膜仍可保持初始态的电滞回线、介电常数以及调谐率，表明PST/LNO/YIG复合薄膜具有优异的电场稳定性。 3.Si衬底上PZT/LNO/YIG磁电复合薄膜的生长及性能研究 (1)将锆钛酸铅PbZr053Ti047O3(PZT)薄膜作铁电层与YIG薄膜复合，实现了Si衬底上PZT/LNO/YIG磁电复合薄膜的生长。磁电性能测试表明PZT/LNO/YIG磁电复合薄膜的铁磁共振线宽△H=102.6Oe，与单层YIG薄膜(△H=106.8Oe)相近。同时，测得复合薄膜的介电可调率η=76.9％，高于单层PZT薄膜的调谐率(71.5％);复合薄膜的压电系数d33和应变均略高于单层PZT薄膜，分别为123pm/V@PZT/YIG(117pm/V@PZT)和0.43％(0.30％@PZT)。可见，PZT/LNO/YIG复合薄膜不仅具有优异的铁磁性能，同时具有高的压电性能。 (2)对PZT/LNO/YIG磁电复合薄膜的磁电复合效应进行了初步探索，发现当对复合薄膜PZT压电相施加约为180kV/cm的电场强度后，YIG薄膜的饱和磁化强度由123emu/cm3降低为121emu/cm3，而矫顽场Hc由12Oe增加为16Oe，显示出微弱的电场调控磁性能。虽然得到的磁电效应较弱，但是也表明PZT/YIG磁电复合材料薄膜化具有可能性。 4.Sn掺杂PbZrO3(PZ)反铁电薄膜的相变行为及储能特性研究。 随着Sn掺杂量的增加，薄膜铁电-反铁电转折电场(EF-A)先增加后降低，5％Sn-PZ薄膜具有最大的储能密度(Wr=13.5J/cm3)和储能效率(η=73.8％)。相比纯PZ薄膜(Wr=10.4J/cm3，η=62.8％)，储能密度和储能效率大大增加。反铁电材料由于其独特的电场诱导相变行为，相变点处的体积变化也会引起磁电复合界面处的应变传递效应，可望应用于构筑新型磁电复合材料。