中文摘要：

综合利用电荷有序和自旋有序的存储器是半导体电子信息领域的重要课题。然而，现阶段多铁材料的研究集中于铁酸盐或锰酸盐，铁磁居里温度低，且与半导体材料结构差距大，不利于器件集成，成为多态存储器开发应用的瓶颈。本项目拟采用离子束辅助磁控溅射技术制备多铁性共掺杂的ZnO:CoLi和ZnO:CuLi薄膜，利用二次离子质谱（SIMS）、背散射/沟道（RBS/C）和霍尔效应测试样品的晶体缺陷分布、掺杂和载流子浓度，结合铁磁性（SQUID）和铁电性（Sawyer-Tower）测试结果，揭示多铁性结构形成的微观机制。在此基础上，利用高分辨透射电镜（HRTEM）分析手段，在纳米尺度揭示金属团簇等各种相结构的形成过程。探索和发展一套制备多铁性化合物的离子束辅助磁控溅射工艺，制备电极化强度达到10-4C/cm2、磁化强度emu/cm3的多铁性膜层，形成自主知识产权，为开发具有使用价值的多比特新型存储器提供科学依据。

结论摘要：

多铁性综合了铁磁性和铁电性两种基本物理性性能，是近年来备受关注的信息功能材料。然而，到目前为止只在很少一部分电极化和磁极化材料中发现同时具有铁电性或铁磁性并且材料的铁磁居里温度较低，重复性差。本项目用离子束辅助磁控溅射及离子注入技术制备了多铁性共掺杂的ZnO:CoLi和ZnO:CuLi薄膜，系统研究Li和Cu、Mn、Co等元素以及缺陷对材料结构和物理性能的影响，利用高分辨透射电镜（HRTEM）分析手段结合变温PL测试，在纳米尺度揭示了金属团簇等各种相结构的形成过程。结合铁磁性（SQUID）和铁电性（Sawyer-Tower）测试结果，揭示出多铁性结构形成的微观机制。优化实验条件，探索和发展了制备多铁性ZnO基化合物的离子束辅助磁控溅射工艺，制备出电极化强度达到10-5-10-6 C/cm2、磁化强度 ~emu/cm3的多铁性膜层，申请三项发明专利，为开发具有实用价值的综合利用电荷有序和自旋有序的新型存储器件提供科学依据。进一步，该项目研究了纳米结构ZnCuO的显微结构并通过外加电场对ZnCuO基RRAM的阻态进行控制从而达到调制其磁场强度和实现信息的高密度存储的目的。