[发明专利]钨铋酸-铁铬酸铋网状纳米线异质结薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钨铋酸‑铁铬酸铋纳米异质结薄膜及其制备方法，该薄膜通过脉冲激光沉积系统，以Bisubgt;2/subgt;FeCrOsubgt;6/subgt;为靶材，在具有网状结构的Bisubgt;2/subgt;WOsubgt;6/subgt;薄膜上生长而成，其中Bisubgt;2/subgt;WOsubgt;6/subgt;薄膜包括多个纵向纳米线和多个横向纳米线，纵向纳米线和横向纳米线相互交错、相互层叠，从而形成网状结构。本发明的制备方法具有普适性，操作工艺简单，价格低廉，利于规模化器件工程应用。所制备的钨铋酸‑铁铬酸铋纳米异质结薄膜表现出突出的光电性能，具有潜在的铁电光伏器件或铁电探测或铁电调控等器件应用前景。

技术领域

本发明涉及材料结构及合成技术领域，尤其涉及一种基于网状结构的钨铋酸-铁铬酸铋纳米线异质结薄膜及其制备方法。

背景技术

铁电氧化物具有自发极化、压电效应、热释电效应、光电效应等特征，能够使多种外场对电性能的控制以及反过来电场对应力、热、光性能的控制成为可能，因此在太阳能电池、光伏存储器、光电探测器、自旋光电子器件等领域里具有潜在的应用前景。

铋系层状钙钛矿氧化物是一类具有优异光催化性能的铁电材料，其中钨酸铋(Bi₂WO₆)是最简单的一个家族成员,其结构由(Bi₂O₂)²⁺层和(WO₄)^2-钙钛矿层堆垛而成。该种材料具有较窄的禁带宽度和优异的铁电性能，表现出突出的可见光催化分解水和降解有机污染物的高效催化性能，并且通过化学掺杂或者组分变化可以实现禁带宽度的规律性调制。铁铬酸铋 (Bi₂FeCrO₆)既是一种多铁功能材料，又是一种窄的禁带宽度多铁光伏材料，表现出突出的铁电光伏特性，是潜在的铁电光伏电池中的吸光材料。

目前关于Bi₂WO₆材料的研究主要集中在陶瓷和纳米结构领域，而未来为满足其多功能器件实际应用的需求，更需要着重研究这种材料的低维薄膜特性功能化的Bi₂WO₆铁电薄膜，通常采用激光脉冲沉积法、化学液相旋涂法、水热合成法、磁控溅射沉积法等手段制备。其制备出的薄膜结构大都是平面型薄膜。

由于Bi₂WO₆层状材料原子结构复杂，常用的化学气相沉积法和磁控溅射沉积法，只能制备多晶薄膜，几乎不可能制备出外延取向单晶薄膜，而脉冲激光沉积法或原子层沉积法能够实现高质量的外延薄膜制备，但通常制备条件苛刻。脉冲激光沉积系统是目前最常用的外延薄膜制备仪器，主要制备的薄膜是高质量的平面薄膜，所形成的Bi₂WO₆材料基异质结也主要为平面型异质结。

尽管这样的薄膜结构是铁电、压电器件所需的理想结构，因为其能够显示出优异性能的铁电、压电性能，也是目前最常见的薄膜形态，但是平面型薄膜也有明显的不足：

1)其薄膜厚度对光电性能影响很大，且薄膜内部会存在大量缺陷，这些缺陷又是载流子的复合中心，进而阻碍内建电场对电子空穴的有效转移；

2)对于Bi₂WO₆基平面型异质结来说，其耦合特性仅存在于两种材料的界面，极大限制了铁电薄膜新奇物性的出现。

发明内容