一种具有高晶界电阻的YMCO薄膜及其制备方法技术

技术编号:20887757 阅读:73 留言:0更新日期:2019-04-17 13:47
本发明专利技术提供一种具有高晶界电阻的YMCO薄膜及其制备方法,化学式为YMn1‑yCryO3,其中,0.1≤y≤0.5,六方结构,空间群为P63cm。本发明专利技术在YMnO3的B位掺杂过渡金属离子Cr,得到YMn1‑yCryO3薄膜,Cr

【技术实现步骤摘要】
一种具有高晶界电阻的YMCO薄膜及其制备方法
本专利技术属于功能材料领域,具体涉及一种具有高晶界电阻的YMn1-yCryO3(简写为YMCO)薄膜及其制备方法。
技术介绍
面对快速发展的社会,人们对信息行业的要求越来越高,对原料的选择和器件的高效耐用性提出了较高的标准。而单一的材料已经不能满足各种高要求的综合指标,迫切需要研究和制备具有多重性能的新型材料。在这样的情况下,保护环境节约资源同样是人类现在面临的又一大难题。因此提高元器件容量、增加读取和传输速率、重复使用以及降低能耗等问题给目前的研究提供了指导方向。而多铁材料作为其中必不可少的一个新型材料,受到广泛关注。传统多铁材料大多为钙钛矿结构或者是钙钛矿畸变结构,其他结构多铁材料的发展较少,六方YMnO3多铁材料的出现为除钙钛矿结构外的其他结构多铁材料提供了可能。研究发现传统的BiFeO3中Bi元素易挥发,从而导致了结构中的氧空位浓度增加,产生电子移动,漏电流密度增加,降低薄膜的性能,减少了薄膜的使用期限。而且BiFeO3具有多个极化轴,造成薄膜结构朝着不同的方向扭转或者扭曲,进而导致薄膜的性能发生改变,最终形成质量较差的薄膜产品。相反,新型YMnO3中物质组成中没有可挥发元素,在一定程度上保证了该薄膜不会因为物质元素的挥发而产生较多氧空位,进而也不会降低其性能。同时YMnO3结构中具有单一极化轴,相对于BiFeO3结构而言,结构的扭转或改变都是定向且可控的,避免了因铁电畴不同而翻转带来的裂纹。并且它的介电常数较低,这使得它在以金属-铁电体-半导体场效应晶体管为结构的铁电随机存取存储器中的应用更有优势。YMnO3薄膜中,由于元素Mn的不同价态导致了薄膜样品的结构中的不稳定因素的存在,使结构中的氧空位浓度发生变化,尤其是由于晶体结构的不稳定性导致了晶界的缺陷,导致漏电流密度增大。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题,本专利技术提供一种具有高晶界电阻的YMCO薄膜及其制备方法,所得薄膜具有高的晶界电阻,大大降低了漏电流密度。为了达到上述目的,本专利技术采用的技术方案是:一种具有高晶界电阻的YMCO薄膜,化学式为YMn1-yCryO3,其中,0.1≤y≤0.5,六方结构,空间群为P63cm。优选的,YMn0.9Cr0.1O3的晶界电阻值为1.15×1011Ω,外加电场300kv/cm时,漏电流密度为1.64×10-4A/cm2。一种所述的具有高晶界电阻的YMCO薄膜的制备方法,包括以下步骤,步骤1,按照化学计量比,将硝酸钇、乙酸锰和硝酸铬溶于乙二醇甲醚中,搅拌均匀后加入醋酸酐继续搅拌至均匀,得到前驱液;步骤2,将前驱液在Si基片上旋涂得到湿膜,湿膜经匀胶后在170~190℃下烘烤得到干膜,再于400~500℃下退火,得到晶态YMn1-yCryO3薄膜;步骤3,将晶态YMn1-yCryO3薄膜冷却至室温,重复步骤2,直至得到预设厚度的晶态YMn1-yCryO3薄膜;步骤4,将步骤3得到的晶态YMn1-yCryO3薄膜在700~900℃退火,得到YMn1-yCryO3薄膜。优选的,步骤1中,乙二醇甲醚和醋酸酐的体积比为(2.5~3):1;优选的,步骤2中,匀胶转速为2700~3000r/min,匀胶时间为15~20s。优选的,步骤2中,湿膜的烘烤时间为4~6min;优选的,步骤2中,退火时间为10~15min。优选的,步骤4中,退火时间为80~90min。与现有技术相比,本专利技术的有益效果在于:本专利技术在YMnO3的B位掺杂过渡金属离子Cr,得到YMn1-yCryO3薄膜,Cr3+进入YMnO3后抑制了Mn元素的变价,使薄膜结构变得更为规整,从而促进了晶粒的生长,减少了晶界的应力集中,从而减少自由电子或载流子在晶界处的聚集,最终减少漏电流,提高晶界电阻。XRD图显示晶胞参数a和c发生变化较大,拉曼散射光谱图显示Cr3+的掺杂使六方结构YMnO3中的MnO5结构产生挤压现象,以至于Mn-O的键角发生改变,从而使Y-Mn和Y-O键的连接方式发生变化,即结构发生畸变。总之,实验结果证明掺杂后薄膜内部结构发生畸变,最终增加了晶界电阻。本专利技术为发展新型多铁材料提供了新的思路,也有助于将YMnO3多铁材料由理论化向实用化发展转化。本专利技术采用溶胶凝胶法制备B位过渡金属离子掺杂的YMn1-yCryO3薄膜,制备方法方便简洁,化学反应可以在低温条件下进行,可以在不同形状甚至是不规则形状的基板上进行薄膜的制备,可以直接通过对原料的配比来改变薄膜样品的种类,并且可以获得分子水平的均匀化。附图说明图1为本专利技术制备的YMn1-yCryO3薄膜的XRD图;图2为本专利技术制备的YMn1-yCryO3薄膜的晶胞参数变化图;图3为本专利技术制备的YMn1-yCryO3薄膜的拉曼光谱图;图4为本专利技术制备的YMn1-yCryO3薄膜的阻抗拟合图;图5为本专利技术制备的YMn1-yCryO3薄膜的电路图;图6为本专利技术制备的YMn1-yCryO3薄膜的漏电流图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明,所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术所述的具有高晶界电阻的YMCO薄膜,化学式为YMn1-yCryO3,其中,0.1≤y≤0.5,为六方结构,空间群为P63cm,无其他杂相出现。所述的YMn1-yCryO3薄膜是通过Cr离子掺杂获得的高晶界电阻YMn1-yCryO3薄膜,减少了薄膜的漏电流密度,YMn0.9Cr0.1O3的晶界电阻值为1.15×1011Ω,比YMnO3阻值大三个数量级。YMn0.9Cr0.1O3漏电流密度最小为1.64×10-4A/cm2(外加电场300kv/cm时)。所述的YMn1-yCryO3薄膜的制备方法,步骤如下:步骤1:按摩尔比为1:(1-y):y将Y(NO3)3·6H2O、C4H6MnO4·4H2O和Cr(NO3)3·9H2O溶于乙二醇甲醚中,搅拌均匀后加入醋酸酐继续搅拌至均匀,得到前驱液;步骤2:将前驱液在Si基片上旋涂得到湿膜,湿膜经匀胶后在170~190℃下烘烤得到干膜,再于400~500℃下快速退火,得到晶态薄膜;步骤3:将晶态YMn1-yCryO3薄膜冷却至室温,重复步骤2,即得到所需厚度的YMn1-yCryO3薄膜,然后再进行700~900℃退火得到YMn1-yCryO3薄膜。所述步骤1中,乙二醇甲醚和醋酸酐的体积比为(2.5~3):1;所述步骤2中,匀胶机的转速为2700~3000r/min,匀胶时间为15~20s;所述步骤2中,湿膜的烘烤时间为4~6min,退火10~15min。所述步骤3中,薄膜在700~900℃退火80~90min。具体实施例如下。实施例1:1)将Y(NO3)3·6H2O、C4H6MnO4·4H2O和Cr(NO3)3·9H2O按摩尔比1:0.9:0.1溶于乙二醇甲醚中,搅拌1h,再加入醋酸酐搅拌1.5h,得到稳定的YMn0.9Cr0.1O3前驱液;其中,YMn0.9Cr0.1O3前驱液中乙二醇甲醚和醋酸酐的体积比为3:1;2)将前驱液静置24h,采用旋涂法在Si基片上旋涂YMn0.9Cr0.1O3前驱液制得湿膜,湿膜在3000r/min下匀胶20s,再将湿膜180℃下烘烤5min得到干膜,再将干膜在450℃下快速退火15min,然后降本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种具有高晶界电阻的YMCO薄膜,其特征在于,化学式为YMn1‑yCryO3,其中,0.1≤y≤0.5,六方结构,空间群为P63cm。

【技术特征摘要】
1.一种具有高晶界电阻的YMCO薄膜,其特征在于,化学式为YMn1-yCryO3,其中,0.1≤y≤0.5,六方结构,空间群为P63cm。2.根据权利要求1所述的具有高晶界电阻的YMCO薄膜,其特征在于,YMn0.9Cr0.1O3的晶界电阻值为1.15×1011Ω,外加电场300kv/cm时,漏电流密度为1.64×10-4A/cm2。3.一种权利要求1或2所述的具有高晶界电阻的YMCO薄膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤,步骤1,按照化学计量比,将硝酸钇、乙酸锰和硝酸铬溶于乙二醇甲醚中,搅拌均匀后加入醋酸酐继续搅拌至均匀,得到前驱液;步骤2,将前驱液在Si基片上旋涂得到湿膜,湿膜经匀胶后在170~190℃下烘烤得到干膜,再于400~500℃下退火,得到晶态YMn1-yCryO3薄膜;步骤3,将晶态YMn1-yCryO3薄膜冷却至室温,重复步骤2,直至得到预设...

【专利技术属性】
技术研发人员:谈国强任茜茜刘云薛敏涛任慧君夏傲
申请(专利权)人:陕西科技大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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