[发明专利]一种柔性BNT铁电薄膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性BNT铁电薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：1)用激光脉冲沉积法在白云母基底上制备钌酸锶底电极；2)采用溶胶凝胶法制备BNT铁电薄膜的前驱体溶液，其中，前驱体溶液的浓度为0.05‑0.1mol/L；3)采用旋涂法在上述钌酸锶底电极上旋涂BNT前驱体溶液，得到均匀湿膜；4)将上述制得的均匀湿膜进行干燥、热解、退火处理；5)重复步骤3)‑4)4～6次即得到柔性BNT铁电薄膜，所述薄膜的厚度为200nm‑300nm。本发明提供了一种工艺简单、铁电性能优异的柔性BNT铁电薄膜材料。

技术领域

本发明属于铁电薄膜与器件制备技术领域，具体地说，涉及一种柔性BNT铁电薄膜的制备方法。

背景技术

铁电薄膜材料是在一定温度下具有自发极化，自发极化方向可以因外电场方向的反向而反向的二维材料。铁电薄膜具有铁电性、介电性、压电性等重要特性，可用于制作铁电存储器、介质移相器、压控滤波器等重要的新型元器件。由于其体积小、工作电压低、便于发展小型器件等优点，使得它在微电子学、微机械学和微机电学等高技术领域中具有广泛的应用前景。利用铁电薄膜材料的铁电性制备的铁电存储器，使得高速读写和高密度存储成为可能。铁电存储器广泛应用于各个领域，如IC卡、航天航空、计算机及自动化技术。传统的钙钛矿结构的锆钛酸铅(PZT)铁电材料具有大的剩余极化。但是PZT铁电薄膜的疲劳性能很差。而且重要的是PZT材料体系含铅，对人体器官和大脑神经系统有不可逆转的损害，对生态环境造成严重污染，难以满足人类在新世纪中对环境保护的要求。为了更进一步改善铁电薄膜的质量，特别是提高耐疲劳特性，以满足铁电存储器的需要，并且解决铅污染环境的问题，人们一直在寻找新型的铁电薄膜材料。铋层状钙钛矿结构的铁电氧化物是一类特殊的钙钛矿结构的铁电氧化物。Bi₄Ti₃O₁₂(以下称为BIT)铁电晶体为层状钙钛矿结构，由于其特殊的电极反转模式，使它具有良好的疲劳特性，有较高的场迁移率。用镧系元素钕(Nd)掺杂BIT后的Bi_(4-x)Nd_xTi₃O₁₂(BNT)薄膜剩余极化大、抗疲劳性能好、居里温度高，是一种很好的铁电材料。

另一方面，为了满足下一代智能电子器件的需求，柔性电子器件由于其轻便、可弯曲的特点越来越被广泛应用于显示屏，医学器件等领域。

柔性电子可概括为是将有机/无机材料电子器件制作在柔性基板上的新兴电子技术，因其独特的柔性及延展性以及高效、低成本制造工艺，在电子信息、能源、医疗等领域具有广泛应用前景，如柔性电子显示器、有机发光二极管OLED、薄膜太阳能电池板等。与传统IC技术一样，制造工艺是柔性电子技术发展的主要驱动力。应用铁电薄膜材料的柔性铁电存储器因为具有高读取速度、高存储密度、低操作电压、抗辐照、非挥发、可弯曲等特点而被广泛关注。一些有机柔性基板比如聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等有机材料无法忍受BNT等铁电材料高的退火温度。白云母(Muscovite mica)这种材料能像石墨烯一样逐层撕开。它能承受一千度以上的高温。并且具有耐酸碱、透明及富于弹性等一系列优异的性能。为制作柔性BNT铁电薄膜创造了条件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的基板热稳定性差、钙钛矿结构铁电材料疲劳性能差等缺陷，提供一种简单、方便、成本低廉，制备过程稳定且性能良好的柔性BNT铁电薄膜的制备方法。

其具体技术方案为：

一种柔性BNT铁电薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1)采用激光脉冲沉积法在白云母上制备钙钛矿结构氧化物钌酸锶SRO底电极；步骤2)采用溶胶凝胶法制备BNT铁电薄膜的前驱体溶液，其中，前驱体溶液的浓度为0.05-0.1mol/L；步骤3)柔性BNT铁电薄膜的制备，采用旋涂法在SRO底电极上旋涂前驱体溶液，得到均匀湿膜；步骤4)将步骤3)制得的均匀湿膜进行干燥、热解、退火处理；步骤5)重复步骤3)-4)4～6次即得到目标柔性BNT铁电薄膜，所述薄膜的厚度为200nm-300nm。