[发明专利]制备组分跨越准同型相界的铝镓酸铋薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铋基氧化物薄膜材料的制备方法，具体地说是一种Bi(Al_xGa_1-x)O₃铁电薄膜材料的制备方法。

背景技术

某些物系相图中存在的一种分隔两种晶体构型相近，但分属不同对称性的晶相之间的边界为准同型相界。MPB即准同型相界：由于成分不同，在温度-成分相图上，随着成分的改变，相也会发生改变，那么分离两种相的边界就称为准同型相界。在这种相界附近，因组成微小变化而产生相变的现象，在材料科学中具有原则性的重要性。因为这表明在这种相界附近，构成晶体的原子具有很大的活性，而这种强的原子活性，将可能激发起强的电物理效应。

通常在这个成分下是两相共存的。例如最常见的Pb(Zr_1-xTi_x)O₃(锆钛酸铅，简写为PZT)：在室温下，在富锆区标记为R相，也就是三方相；而在富钛区标记为T相，也就是四方相；那么R相和T相必将有一个相界线，这个相界线就是准同型相界，它对应的成分是Zr:Ti＝52:48.现在普遍认为在准同型相界处，压电系数最大。

Pb(Zr_1-xTi_x)O₃是一种性能优异的铁电、压电材料。PZT是PbZrO₃和PbTiO₃的固溶体，具有钙钛矿型结构。研究PbTiO₃和PbZrO₃的固溶体后发现PZT具有比其它铁电体更优良的压电和介电性能，PZT以及掺杂的PZT系列铁电陶瓷成为近些年研究的焦点。然而，由于PZT含有铅元素，致使其生产、使用过程中容易造成对环境的污染，在欧美许多国家的法律中，已经明确规定限制或禁止使用含铅的电子元器件，这极大地影响了PZT的运用。

近年来，Baettig从理论上预言了Bi(Al_xGa_1-x)O₃(铝镓酸铋，简写为BAG)具有与Pb(Zr_1-xTi_x)O₃同样优异的铁电和介电性能，由于BAG为无铅材料，使其成为PZT的潜在替换者。在室温下，BiGaO₃(镓酸铋，简写为BGO)的空间群为Pcca，BiAlO₃(铝酸铋，简写为BAO)的空间群为R3c，当BGO与BAO按照一定比例形成固溶体Bi(Al_xGa_1-x)O₃时，也会形成类似PZT材料的准同型相界。然而目前尚未有成熟的Bi(Al_xGa_1-x)O₃材料的制备技术。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于提供一种制备组分渐变、跨越准同型相界的Bi(Al_xGa_1-x)O₃薄膜材料的方法。实现本发明目的具体技术方案是：

一种Bi(Al_xGa_1-x)O₃薄膜材料的制备方法，该方法原料采用有机铋源、氧前驱体、有机铝源、有机镓源。

所述Bi(Al_xGa_1-x)O₃薄膜材料的制备方法，采用专门设计的装置来完成。

所述装置包括但不限于：有机铋源容器1、有机铋源管路手动阀K1、有机铋源管路自动阀AK1、有机铋源载气管路质量流量控制器MFC1、有机铝源容器2、有机铝源管路手动阀K2、有机铝源管路自动阀AK2、有机铝源载气管路质量流量控制器MFC2、有机镓铝源容器3、有机镓源管路手动阀K3、有机镓源管路自动阀AK3、有机镓源载气管路质量流量控制器MFC3、氧前驱体源容器4、氧前驱体管路手动阀K4、氧前驱体管路自动阀AK4、氧前驱体载气管路质量流量控制器MFC4、惰性气体容器5、惰性气体管路手动阀K5、真空反应腔、真空计、真空泵、真空泵进气口自动阀门AK5、设备控制器，真空反应腔中设有电加热器和温度传感器，设备控制器可以是由PLC或FPGA或CPLD或单片机系统或计算机或专门设计的电路系统构成；有机铋源容器1、有机铝源容器2、氧前驱体源容器3的容器均设有电加热器和半导体制冷器；