[发明专利]高通量成分梯度反铁电基薄膜材料及其制备方法

说明书

本申请公开了一种高通量成分梯度反铁电基薄膜材料及其制备方法，所述高通量成分梯度反铁电基薄膜材料的制备方法包括以下步骤：获取衬底；在所述衬底上沉积形成底电极层；通过移动掩膜版，在所述底电极层上沉积不同比例的锆酸铅和掺杂组分，得到高通量成分梯度反铁电基薄膜材料，其中，所述掺杂组分包含钡元素。本申请解决了现有技术测试不同钡离子掺杂比例与反铁电基薄膜材料性能之间的关系的准确性较低的技术问题。

技术领域

本申请涉及反铁电材料技术领域，尤其涉及一种高通量成分梯度反铁电基薄膜材料及其制备方法。

背景技术

反铁电(AFE，Antiferroelectric)材料在外部刺激(电场，温度和应力)下，非极性和极性状态之间具有独特的场诱导一阶相变，通常表现出较大的场诱导应变，高的储能密度，大的热释电系数和巨大的电热量效应，广泛应用于微型执行器，红外探测器，数字存储器，高储能电容器和冷却装置等储能以及转换应用。PZO(PbZrO₃，锆酸铅)是一种典型的反铁电材料，但在纯PZO陶瓷中，其反铁电-铁电相变的临界电场超过了介电击穿场强，因此很难应用在储能及转换应用领域。通过Ba²⁺对Pb²⁺等价取代得到PBZ((Pb_1-xBa_x)ZrO₃，锆酸铅钡)反铁电材料，可以有效降低击穿场，减少反铁电-铁电相变开关场，进而，当这种材料被集成到器件中时，可以使得器件功耗大幅降低，器件体积有效减小。因此，研究不同钡离子掺杂比例与反铁电基薄膜材料结构以及性能之间的联系具有重要的实际应用价值。

然而，对于大多数PBZ反铁电材料来说，由于PBZ反铁电材料的相变和物理特性对Ba²⁺的掺杂比例非常敏感，而传统的PBZ薄膜样品制备过程往往是逐一制备的，对于不同组分PBZ薄膜的研究，不仅工作量大、耗时长，而且无法排除实验背景误差对PBZ薄膜的性能和结构的影响，导致无法准确的测试不同钡离子掺杂比例与反铁电基薄膜材料性能之间的关系，限制了PBZ薄膜及其器件的发展和应用。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种高通量成分梯度反铁电基薄膜材料及其制备方法，旨在解决现有技术测试不同钡离子掺杂比例与反铁电基薄膜材料性能之间的关系的准确性较低的技术问题。

为实现上述目的，本申请提供一种高通量成分梯度反铁电基薄膜材料的制备方法，所述高通量成分梯度反铁电基薄膜材料的制备方法包括以下步骤：

获取衬底；

在所述衬底上沉积形成底电极层；

通过移动掩膜版，在所述底电极层上沉积不同比例的锆酸铅和掺杂组分，得到高通量成分梯度反铁电基薄膜材料，其中，所述掺杂组分包含钡元素。

可选地，所述通过移动掩膜版，在所述底电极层上沉积不同比例的锆酸铅和掺杂组分，得到高通量成分梯度反铁电基薄膜材料的步骤包括：

通过向预设第一方向移动掩膜版，在所述底电极层上沉积不同厚度的锆酸铅；

通过向预设第二方向移动掩膜版，在所述锆酸铅上沉积不同厚度的掺杂组分，其中，所述第二方向为所述第一方向的反方向；

将预设第一循环次数增加一次，得到新的预设第一循环次数；

若所述新的预设第一循环次数大于或等于预设第一循环次数阈值，则获得高通量成分梯度反铁电基薄膜材料。

可选地，所述通过向预设第一方向移动掩膜版，在所述底电极层上沉积不同厚度的锆酸铅的步骤包括：

将所述掩膜版移动至预设第一起始位置，将所述底电极层分成薄膜生长区域和覆盖区域；

通过脉冲激光沉积向所述薄膜生长区域沉积锆酸铅；