[发明专利]一种镧、钛共掺的铁酸铋薄膜及其制备方法

说明书

本发明属于无机功能薄膜材料技术领域，具体涉及一种镧、钛共掺的铁酸铋薄膜及其制备方法。采用溶胶‑凝胶和结合层层退火工艺的制备了镧、钛共掺的铁酸铋薄膜Bi_{（1+Z）(1–Y)}La_YFe_1‑XTi_XO₃（BLTO），即个元素的比例分别为Bi:La:Fe:Ti:O=（1+Z）(1–Y):Y:(1‑X):X:3，该薄膜共N层8≤N≤12，每层厚度为100nm‑130nm；使用该制备方法，可获得稳定、均匀的前驱体溶液，配合该层层退火工艺，制备的薄膜具有较低的漏电流，高剩余极化强度。

技术领域

本发明属于无机功能薄膜材料技术领域，具体涉及一种镧、钛共掺的铁酸铋薄膜及其制备方法。

背景技术

近年来随着微机电系统(MEMS)和传感器及随机存储器等行业的迅速发展，具备优异的铁电和压电性能的薄膜材料已经成为目前研究领域的热点之一。BiFeO₃(BFO)薄膜因其优异的压电铁电性能受到人们的广泛关注，成为可以与铅系材料相媲美的一类无铅铁电环保材料。但是要想使薄膜能应用于未来的器件中，必须解决薄膜的两大问题：漏电和低剩余极化强度问题。据报道，引入高价离子和镧系稀土元素可以解决BFO薄膜中存在的问题。但是由于目前采用溶胶凝胶工艺，引入掺杂离子的掺量比较低，对薄膜中氧空位的抑制作用比较有限，对降低薄膜漏电流和提高电学性能的作用有限。所以如何提高掺杂离子是解决上述问题的关键问题。

与此同时，研究者尝试采用单晶衬底降低薄膜中的缺陷已达到提高薄膜电学性能的目的。但是众所周知，单晶衬底的成本较高，对薄膜的未来的器件应用也是较大的制约。综上所述，寻求一种低成本提高BFO电学性能和降低漏电流方法是重中之重。

发明内容

本发明针对现有技术中BFO薄膜制备领域的不足，提供一种镧、钛共掺的铁酸铋薄膜及其制备方法，从而解决漏电流问题和提高薄膜的电学性能。

本发明是通过下述技术方案解决上述问题的:

一种镧、钛共掺的铁酸铋薄膜，采用溶胶-凝胶和结合层层退火工艺的制备了镧、钛共掺的铁酸铋薄膜Bi_{（1+Z）(1 –Y)}La_YFe_1-XTi_XO₃（BLTO），即个元素的比例分别为Bi:La:Fe:Ti:O=（1+Z）(1 –Y):Y:(1-X):X:3，该薄膜共N层8≤N≤12，每层厚度为100nm-130nm；本发明中铋源、镧源、铁源、钛源分别为硝酸铋、硝酸镧、硝酸铁、钛酸四丁酯，其中X为Ti元素的摩尔当量0.01≤X≤0.12，Y为La元素的摩尔当量0.01≤Y≤0.10，元素Bi过量加入，Z为Bi以重量计的过量百分数，第一层至第三层中Z为11%-13%，第四层至第N-3层中Z为3%-5%，第N-2层至第N层中Z为9%-11%。

本发明中X:Y的范围为1:10～10:1,优选为1:1。

本发明中X范围优选为0.03-0.09，更为优选为0.05-0.07。

本发明中Y范围优选为0.03-0.09，更为优选为0.05-0.07。

具体技术方案如下：

一种镧、钛共掺的铁酸铋薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1. 前驱体溶液的制备: 采用溶胶 - 凝胶法， 按化学计量比称取硝酸铋、硝酸镧、硝酸铁溶于乙二醇甲醚中，待完全溶解后依次加入钛酸四丁酯和乙酰丙酮，得混合溶液A，将混合溶液A搅拌1h后，向其加入乙醇，配制成前驱体溶液，将配制好的前驱体溶液，放置于温度15-18℃环境中静置18-24h备用， 前驱体溶液的浓度为 0.38mol/L ～ 0.42mol/L，乙二醇甲醚、乙酰丙酮、乙醇的体积比为4:1:6。