[发明专利]一种锌掺杂的钛酸铋钠薄膜及其低温制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锌掺杂的钛酸铋钠薄膜及其低温制备方法，属于钙钛矿结构环境协调型微电子新材料领域。

背景技术

钛酸铋钠(Na_0.5Bi_0.5TiO₃)材料作为一种A位复合钙钛矿结构弛豫型铁电体，具有相对较高的居里温度(320℃)，较强的铁电性(室温下的剩余极化强度可达P_r=38μC/cm²)。但是目前对纯Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜材料来说，高的结晶温度致使钠、铋离子挥发严重，很难制备出单一钙钛矿相；而且，元素的挥发造成了薄膜内部缺陷的产生，尤其是处于晶界处的氧空位的存在，使Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜的漏电流增大，从而使Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜的本征电学性能恶化。针对上述情况，一方面，我们通过降低退火温度，来尽可能减少A位钠、铋离子的挥发，减少氧空位的数量；另一方面，通过离子掺杂进一步降低Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜的漏电流，并改善其电学性能。我们发现，锌离子作为B位低价掺杂离子，能够有效抑制氧空位的移动，但目前尚无相关报道。

另外，对于制备薄膜的衬底而言，通常所用的金属底电极衬底由于在高温下容易被氧化，导电性会急剧下降，且易与薄膜发生反应，使其性能降低。而与之相比，锡氧化铟(ITO)玻璃具有高导电性、稳定性，且与薄膜具有良好的附着性。因此，ITO玻璃衬底的采用，一方面能够有效提高薄膜的电学性能，另一方面可使薄膜材料的铁电、压电、光电、光折变和线性光学特点得到充分利用，为多功能材料和器件的开发提供了可能性。然而，目前尚无对沉积于ITO玻璃衬底上的Na_0.5Bi_0.5TiO₃基薄膜结晶性、电学性能的报道。

发明内容

本发明针对现有Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜漏电流大、电学性能差的缺点，提供了一种锌离子掺杂的Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜及其低温制备方法。所制备的Na_0.5Bi_0.5Ti_1-xZn_xO_3-δ薄膜具有漏电低、剩余极化高、介电性稳定等优点。

本发明还提供了锌离子掺杂的Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜的低温制备方法，该方法操作简单，所得薄膜性能良好。

本发明通过配制稳定均匀的前驱体溶液，在ITO玻璃衬底上于500~550℃的低温下制备出了结晶性良好的Na_0.5Bi_0.5TiO₃基薄膜；通过将锌离子掺入纯Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜中，有效抑制了氧空位的移动，降低了薄膜的漏电，得到了具有良好电学性能的薄膜。其具体技术方案如下：

本发明的掺锌Na_0.5Bi_0.5TiO₃薄膜，其特征是：化学通式为Na_0.5Bi_0.5Ti_1-xZn_xO_3-δ，其中，x为锌离子的摩尔掺量，0.005≤x≤0.05；δ是为了维持电荷平衡所失去的氧原子的数目。

上述薄膜所采用的衬底材料为ITO玻璃。

上述薄膜的厚度为300nm~1μm。

本发明的锌掺杂的钛酸铋钠薄膜的制备方法，其特征是包含以下步骤：

(1)、前驱体溶液的制备