[发明专利]一种新型的钙钛矿锰基氧化物薄膜材料及其制备方法

权利要求书

1.一种A位电子掺杂型钙钛矿锰基氧化物钕锆锰氧薄膜材料，其化学结构通式为Nd_0.9Zr_0.1MnO₃，该钕锆锰氧薄膜材料的的尘长方式为外延生长。

2.一种A位电子掺杂型钙钛矿锰基氧化物钕锆锰氧薄膜材料的制备方法，其特征在于采用物理沉积方法中的射频磁控溅射方法。

3.如权利要求2所述的一种A位电子掺杂型钙钛矿锰基氧化物钕锆锰氧薄膜材料的制备方法，其特征在于所述的射频磁控溅射方法的具体步骤如下：

(1)将清洁的单晶基片放入真空室中，将真空室关闭；

(2)在背底真空气压小于5.0×10^-5Pa时，开始加热基片，最后基片温度保持在700～800℃之间；

(3)向真空室中通入纯度大于99.999％的氩气和氧气的混合气体，氩气和氧气的流量比为8∶3至9∶1，将磁控溅射设备的超高真空闸板阀的开启度设定为15％～25％，最后调节气体流量计，使真空气压保持在0.3～1.0Pa；

(4)关闭基片挡板，调节射频电源，在靶材上加上功率为150～250W的射频电源，预溅射5～15分钟；

(5)打开基片挡板，对着位于靶材正上方的基片进行溅射，溅射时基片以20～25转/分钟的速度匀速旋转，溅射时间为20～120分钟；

(6)停止溅射，关闭基片挡板，以每分钟3～5℃的速率降低基片的温度，降至300℃后让基片自然冷却；

(7)取出溅射好的样品，放入管式退火炉中，将退火炉的样品室密封，用机械泵对管式退火炉的样品室抽真空，当样品室的压强低于10Pa后，关闭机械泵，充入纯度大于99.999％的氧气，直至样品室中压强达到大气压强；

(8)将管式退火炉样品室的温度升至900～1000℃的范围，恒温24-48小时，然后以每分钟3～5℃的速率将温度降低至室温20-25℃。

4.如权利要求3所述的一种A位电子掺杂型钙钛矿锰基氧化物钕锆锰氧薄膜材料的制备方法，其特征在于所述的步骤(4)中的靶材为Nd_0.9Zr_0.1MnO₃多晶块体靶材，靶材的大小与射频磁控溅射设备靶头的大小相等。

5.如权利要求4所述的一种A位电子掺杂型钙钛矿锰基氧化物钕锆锰氧薄膜材料的制备方法，其特征在于所述的Nd_0.9Zr_0.1MnO₃多晶块体靶材靶材采用溶胶-凝胶法或固相反应法经高温烧结达到所需要的大小而成。

6.如权利要求4所述的一种A位电子掺杂型钙钛矿锰基氧化物钕锆锰氧薄膜材料的制备方法，其特征在于所述的Nd_0.9Zr_0.1MnO₃多晶块体靶材靶材，采用溶胶-凝胶法制备时，优选络合物型溶胶-凝胶法，其工艺过程是：

首先将金属盐溶液与络合剂形成稳定的络合物溶液；然后将溶剂蒸发，形成络合物干凝胶；然后进行干燥燃烧，形成前驱体；最后经过预烧烧结，形成钕锆锰氧材料。

7.如权利要求6所述的一种A位电子掺杂型钙钛矿锰基氧化物钕锆锰氧薄膜材料的制备方法，其特征在于所述的络合物型溶胶-凝胶法，优选柠檬酸为络合剂，具体步骤如下：

(1)按化学计量比配制Nd、Zr、Mn硝酸盐的混合溶液；

(2)将一定量的柠檬酸和乙二醇混合，加热至溶液澄清；

(3)将步骤(1)所得混合溶液加入到步骤(2)所得混合溶液中，搅拌溶清，滴加氨水NH₃·H₂O调节溶液的pH值，升温，保持在80-100℃下搅拌，水分蒸发后得到溶胶；

(4)继续升温搅拌，直到得到干凝胶；将干凝胶进一步干燥加热至180-200℃，使之燃烧，生成黑色或褐色灰状前驱体；

(5)将前驱体研磨，在空气中预烧，形成精细的多晶粉末，预烧温度在600-1000℃之间，预烧时间在5-20小时之间；

(6)将多晶粉末加入粘合剂压成片状，大小与磁控溅射镀膜机靶头大小相同，然后在空气中高温烧结，得到块状最终产物。

8.如权利要求7所述的一种A位电子掺杂型钙钛矿锰基氧化物钕锆锰氧薄膜材料的制备方法，其特征在于所述的络合物型溶胶-凝胶法步骤步骤(2)所需摩尔配比是，乙二醇比柠檬酸大于2，乙二醇比Mn硝酸盐的摩尔比大于1；步骤(3)的PH值为1.5-2.5之间；步骤(5)预烧温度优选在600-800℃，预烧时间优选8-16小时；步骤(6)烧结温度优选在1300-1600℃，烧结时间优选20-48小时。