[发明专利]一种高介电常数的Bi0.90Dy0.10Fe1-XMnXO3铁电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种高介电常数的Bi_0.90Dy_0.10Fe_1-xMn_xO₃铁电薄膜及其制备方法。

背景技术

BiFeO₃是目前唯一一种在室温条件下同时具有铁电性和G型-弱铁磁性的铁电体，具有高的铁电居里温度（T_C～1023K）和反铁磁尼尔温度（T_N～643K）。BFO中磁性和铁电性的共存使多铁材料不仅可以作为单一的铁电材料或磁性材料使用，同时材料中的磁和电的耦合效应，使得该在材料中电场可以诱导磁化，磁场可以诱导极化。这一特性，在磁读电写的新型记忆元件方面有诱人的应用前景。例如利用磁电耦合而设计的磁电变换转换器，利用电极化和磁极化来同时存储数据的多态存储元，甚至是用作可以进行铁电的数据位写入和通过与之关联而产生的磁场来读出的新型存储器，还可以用作光开关、光全息存储、传感器等等。

它的信息存入是依赖于极化的方向，利用铁电体的正负剩余极化状态（±Pr）存储信息，信息的读取是利用极化翻转的电流。这就要求铁电存储器的存储介质，即铁电薄膜的剩余极化要大，这样才能在小面积的电容器上获得大的极化翻转电流；矫顽场足够小，能够满足铁电存储器的低电压运行。

目前用于制备BiFeO₃薄膜的方法有很多，有化学气相沉积法(CVD)、磁控溅射法(rf magnetron sputtering)、金属有机物沉积法(MOD)、金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)、液相沉积法（LPD）、分子束外延法(MBE)、脉冲激光沉积法(PLD)、溶胶-凝胶法(Sol-Gel)等。但是，利用金属有机物分解法制备的BiFeO₃薄膜漏电流较高，矫顽场较大，磁性较弱，而且只有在厚度大于400nm时才能观察到饱和的P-E电滞回线。因此为了满足未来微电子器件的要求，降低BiFeO₃-基薄膜的漏电流、矫顽场和厚度，以及提高薄膜的铁电和铁磁性能是目前亟待解决的几个关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高介电常数的Bi_0.90Dy_0.10Fe_1-xMn_xO₃铁电薄膜及其制备方法，该方法设备要求简单，实验条件容易达到，制备的薄膜均匀性较好，掺杂量容易控制，并能够大幅度提高薄膜的介电性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高介电常数的Bi_0.90Dy_0.10Fe_1-xMn_xO₃铁电薄膜，其化学式为Bi_0.90Dy_0.10Fe_1-xMn_xO₃，x=0.01～0.05；在1kHz频率下，其剩余极化强度为59.3～95.2μC/cm²，矫顽场为280～368kV/cm，介电常数为239.2～348.57。

其为菱方结构，空间点群为R-3m(166)，晶胞参数晶粒尺寸大小为20～90nm。

包括Bi_0.90Dy_0.10Fe_0.99Mn_0.01O₃铁电薄膜、Bi_0.90Dy_0.10Fe_0.98Mn_0.02O₃铁电薄膜、Bi_0.90Dy_0.10Fe_0.97Mn_0.03O₃铁电薄膜和Bi_0.90Dy_0.10Fe_0.95Mn_0.05O₃铁电薄膜；