[发明专利]一种带有底电极的超四方相铁酸铋薄膜材料的制备方法

说明书

本发明属于铁酸铋薄膜技术领域，公开了一种带有底电极的超四方相铁酸铋薄膜材料的制备方法，带有底电极的超四方相铁酸铋薄膜材料的制备方法包括：利用镍酸镧作为底电极材料，在四方相铁酸铋和铝酸镧之间引入底电极，制备复合膜。本发明通过引入较薄的镍酸镧层作为底电极，为超四方相铁酸铋的应用提供更多空间，而且不含环境污染型材料，贵金属，适于大规模使用。本发明以铝酸镧，采用镍酸镧作为底电极材料，实现了带有底电极的超四方相铁酸铋薄膜的制备，制备过程简单，材料不太昂贵，效果较好。本发明采用镍酸镧作为铁电薄膜的底电极可以极大程度增强铁电薄膜器件的抗疲劳特性。

技术领域

本发明属于铁酸铋薄膜技术领域，尤其涉及一种带有底电极的超四方相铁酸铋薄膜材料的制备方法。

背景技术

目前，铁酸铋同时具有铁电性和反铁磁性，铁电居里温度(～1100K)和反铁磁尼尔温度(～653K)均远高于室温，是目前唯一一种在室温下同时具有铁电性和反铁磁性的材料。铁酸铋在室温下的稳定相为菱方相，c轴与a轴的晶格常数比(c/a比)接近1，在[001]方向的极化强度为100μC/cm²，而铁酸铋还存在一种超四方相，c轴和a轴的晶格常数之比可达1.2以上，在[001]方向的极化值高150μC/cm²。在四方相铁酸铋中，随着晶格的极化和晶格与自旋之间的耦合，铁酸铋的铁电特性和反铁磁特性将受到影响而发生加大的改变。相较于菱形相基态，沿c方向有接近18％的畸变，将对其极化结构产生巨大影响，氧八面体结构消失，Bi原子中6s孤对电子不再是铁电性的唯一贡献来源，晶胞中铁原子相较于氧离子中心产生显著偏移，从而导致四方相铁酸铋铁电极性的增强。更大的极化强度可能带来更多方向的应用，所以超四方相铁酸铋材料备受关注。目前生长超四方相铁酸铋薄膜的主要方法是通过应变，可以通过铝酸镧衬底，，铝酸镧会对铁酸铋产生4.3％的压应变，铁酸铋在应力作用下发生R-T相变，获得超四方相的铁酸铋薄膜。

铁电薄膜具有良好的铁电、压电等性能，在微电子学和光电子学等领域均具有重要的应用前景。之前Pt常用作铁电薄膜的底电极，虽然其在导电性和化学稳定性方面具有优势，但以Pt为底电极的铁电薄膜经过长时间的极化反转会出现老化、疲劳等问题。而使用钙钛矿结构的导电氧化物替代Pt作为铁电薄膜的底电极可以极大程度增强铁电薄膜器件的抗疲劳特性。而镍酸镧由于其极为优异的导电性能和成熟的生长技术而成为作为铁电薄膜的底电极的很好的选择。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的薄膜材料成本昂贵，制备过程繁琐，且制备的薄膜易出现老化、疲劳、环境污染的问题。为解决上述问题，本发明选择镍酸镧为底电极，可以在保证铁酸铋薄膜的质量的情况下，降低制备底电极的难度和成本，并且可以增强铁电薄膜器件的抗疲劳特性，可以扩大铁酸铋薄膜的应用场景。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种带有底电极的超四方相铁酸铋薄膜材料的制备方法。

本发明是这样实现的，一种带有底电极的超四方相铁酸铋薄膜材料的制备方法，所述带有底电极的超四方相铁酸铋薄膜材料的制备方法包括：

利用镍酸镧作为底电极材料，在四方相铁酸铋和铝酸镧之间引入底电极，制备复合膜。

进一步，所述带有底电极的超四方相铁酸铋薄膜材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一，将Bi₂O₃、Fe₂O₃混合，烧结、压制制备铁酸铋靶材，将La₂O₃、NiO混合，烧结、压制制备镍酸镧靶材；

步骤二，将得到的镍酸镧和铁酸铋靶材放入真空腔室内，再将LAO衬底放置于待沉积位置；

步骤三，将温度和氧压调节至合适参数，将镍酸镧沉积至LAO衬底上；改变温度和氧压，将铁酸铋沉积至衬底上。