[发明专利]一种高介电常数的Bi4Ti3‑xFexO12铁电薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种高介电常数铁电薄膜的制备方法，特别涉及一种高介电常数的Bi₄Ti_3-xFe_xO₁₂铁电薄膜的制备方法。

背景技术

钛酸铋(Bi₄Ti₃O₁₂)作为一种典型的铋系层状钙钛矿结构的铁电材料，具有优良的压电、铁电、热释电和电等性能。Bi₄Ti₃O₁₂的晶体结构是各向异性的立方结构，它由(Bi₂O₂)²⁺和(Bi₂Ti₃O₁₀)^2-钙钛矿结构层相间隔而成。

在 (Bi₂Ti₃O₁₀)^2-钙钛矿结构层单元中，Ti离子被氧八面体包围，构成O-Ti-O键，Bi离子位于TiO₆八面体网格的空隙中，2个(Bi₂O₂)²⁺层的高度是6个Ti-O键的长度。其铁电-顺电相变属一级相变，由于单斜相的单胞十分接近正交晶系，故晶格参数可用正交晶系来描述：a＝0.5450，b＝0.5406，c＝3.2832nm。它的自发极化矢量位于a-c平面内，与a轴成大约4.5°角，沿a轴和c轴自发极化分量相差很大，分别是50μC/cm²和4μC/cm²。

近年来，人们对Bi₄Ti₃O₁₂薄膜的A位的Bi和B位的Ti进行了多种掺杂研究。A位掺杂(Bi_4-xA_x)Ti₃O₁₂(A＝La,Nd,Pr,Ce,Sm and Y)能提高Bi₄Ti₃O₁₂薄膜的铁电性能和抗疲劳性能，因为稀土离子掺入后起到了抑制Bi³⁺离子挥发的作用。B位掺杂主要是用高价金属离子(Nb,Ta,W and V)替代Ti⁴⁺离子，从而抑制了氧空位的产生，使得Bi₄Ti₃O₁₂薄膜的电导率降低。迄今为止，很少有关于用低价金属离子替代Bi₄Ti₃O₁₂中Ti⁴⁺离子的研究报道，因为从理论上讲，这种受主掺杂有可能使薄膜的电导率增大，从而使介电性能降低。然而，在BiFeO₃薄膜的研究中，低价离子掺杂(Sr²⁺,Mn²⁺,Cu²⁺和Ni²⁺)取代Fe³⁺可以提高介电性能和剩余极化。因此，研究受主掺杂对Bi₄Ti₃O₁₂薄膜性能的影响是有必要的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高介电常数的Bi₄Ti_3-xFe_xO₁₂铁电薄膜的制备方法，采用溶胶-凝胶技术，在FTO导电玻璃基板上成功制备出Fe掺杂Bi₄Ti₃O₁₂薄膜，所得薄膜晶相发育完全、纯度高，薄膜表面光滑平整、均匀致密，且薄膜与基板结合牢固。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高介电常数的Bi₄Ti_3-xFe_xO₁₂铁电薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将FTO导电玻璃基板依次在含有清洁剂的去离子水、丙酮和无水乙醇中超声洗涤10min，洁净的FTO基板封存于无水乙醇中备用；