一种磁电薄膜材料及其制备方法技术

一种新型的磁电薄膜材料及其制备方法，属于功能复合材料制备技术领域。所述磁电薄膜材料包括依次沉积于非晶玻璃基片上的具有铁磁性的FeSiBC非晶材料和具有铁电性的Sm离子改性的铁酸铋，所述FeSiBC非晶材料为Fe81Si3.5B13.5C2，所述Sm离子改性的铁酸铋的化学式为Bi1‑xSmxFeO3，其中x＝0.02～0.06。本发明专利技术磁电薄膜具有优良的磁电性能，可应用于小型化或微型化的多功能电磁器件上。

A new type of magnetoelectric thin film material and its preparation method

A new type of magnetoelectric film material and its preparation method, which belong to the technical field of the preparation of functional composite materials. The magnetic film material comprising successively deposited on amorphous glass substrates with FeSiBC non ferromagnetic bismuth ferrite crystal materials and ferroelectric Sm ion modification, the FeSiBC amorphous material is Fe81Si3.5B13.5C2, the chemical formula of the Sm ion modification of bismuth ferrite for Bi1 xSmxFeO3 among them, x = 0.02 ~ 0.06. The magnetoelectric film has excellent magnetic and electrical properties, and can be applied to the miniaturized and miniaturized multi-functional electromagnetic devices.

【技术实现步骤摘要】
一种新型的磁电薄膜材料及其制备方法
本专利技术属于功能复合材料制备
，具体涉及一种新型的磁电薄膜材料及其制备方法。
技术介绍
随着科学技术、工业发展和国防需求的进步，性能单一的材料很难满足各种高要求的综合指标，使得功能复合材料的研究成为材料科学与工程领域的研究重点。复合磁电薄膜因其具有多功能性、磁电效应等特点，在小型化及微型化的多功能电磁器件上有巨大的应用潜力。磁电薄膜是一种具有磁电转换功能的多功能复合材料，它是由两种单项材料即铁磁相和铁电相复合得到的，同时具有铁磁性能和铁电性能，而且在外电场的作用下能在一定方向上发生磁化，在外磁场的作用下能在一定方向上发生极化，可以实现磁场能量与电场能量之间的转化。磁电薄膜材料的应用相当广泛，主要体现在微波领域、高压输电线路的电流测量、宽波段磁探测以及磁场感应器等领域。另外，作为磁电薄膜材料，还可以利用材料的本征铁磁性和铁电性的有序耦合性质，以及具有磁矩有序和电偶极子有序共存的特性，在制作探测器、高密度存储器、多态记忆元、电场控制的磁共振装置以及压磁传感器等方面应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的磁电薄膜材料及其制备方法，通过在玻璃基片上磁控溅射铁磁相FeSiBC薄膜和铁电相Sm离子改性的铁酸铋薄膜，得到一种性能优良的磁电薄膜，可应用于小型化或微型化的多功能电磁器件上。一种新型的磁电薄膜材料，其特征在于，所述磁电薄膜材料包括依次沉积于非晶玻璃基片上的具有铁磁性的FeSiBC非晶材料和具有铁电性的Sm离子改性的铁酸铋，所述FeSiBC非晶材料为Fe81Si3.5B13.5C2，所述Sm离子改性的铁酸铋的化学式为Bi1-xSmxFeO3，其中x＝0.02～0.06。进一步地，所述FeSiBC非晶材料的厚度为0.2～2μm，所述Sm离子改性的铁酸铋的厚度为0.1～1μm。进一步地，所述FeSiBC非晶材料采用磁控溅射法沉积于非晶玻璃基片上，其中，溅射靶材为Fe81Si3.5B13.5C2合金靶材，工作气压为0.6～1.2Pa，溅射功率为60～85W，保护气体为Ar气等惰性气体，溅射过程中提供大小为50～300Oe的平行于基片方向的外加磁场，溅射时间0.5～2h。进一步地，所述Sm离子改性的铁酸铋采用磁控溅射法沉积于FeSiBC非晶材料上，其中，溅射靶材为按照Bi1-xSmxFeO3的化学计量比的原料通过固相合成法得到的铁电靶材，工作气压6×10-4～7×10-4Pa，溅射功率为50～70W，保护气体为Ar气等惰性气体，溅射时间0.5～2h。一种新型的磁电薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、按照Bi1-xSmxFeO3(BSFO，x＝0.02～0.06)的化学计量比称取原料Bi2O3，Sm2O3和Fe2O3，通过固相合成法得到Sm离子改性的铁酸铋，作为铁电靶材；步骤2、在非晶玻璃基片上采用磁控溅射法沉积FeSiBC非晶薄膜，其中，溅射靶材为Fe81Si3.5B13.5C2合金靶材，工作气压为0.6～1.2Pa，溅射功率为60～85W，保护气体为Ar气等惰性气体，溅射过程中提供大小为50～300Oe的平行于基片方向的外加磁场，溅射时间0.5～2h，溅射厚度为0.2～2μm；步骤3、在步骤2得到的FeSiBC非晶薄膜上采用磁控溅射法沉积Sm离子改性的铁酸铋薄膜层，其中，溅射靶材为步骤1得到的铁电靶材，工作气压6×10-4～7×10-4Pa，溅射功率为50～70W，保护气体为Ar气等惰性气体，溅射时间0.5～2h，溅射厚度为0.1～1μm。进一步地，步骤1所述原料Bi2O3，Sm2O3和Fe2O3的纯度均不低于99.99％。进一步地，步骤2所述Fe81Si3.5B13.5C2合金靶材的纯度不低于99.99％。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术提供的一种新型的磁电薄膜材料，是采用磁控溅射法在非晶玻璃基片上依次沉积FeSiBC非晶材料和Sm离子改性的铁酸铋得到的，通过对FeSiBC非晶薄膜和BSFO薄膜的厚度以及Sm改性的铁酸铋材料中Sm离子的含量的不断调整和试验，得到了性能优良的磁电薄膜。2、本专利技术提供的FeSiBC非晶材料和Sm改性的铁酸铋结合得到的新型磁电薄膜材料，从材料特性到薄膜结构，都在良好的磁电性能方面起到关键性作用，对磁电薄膜材料的研究具有重要的推动作用，并有望用于实现磁电薄膜器件的微型化和小型化，对提高器件的集成度和高密度起到很好的奠基作用。附图说明图1为本专利技术提供的一种新型的磁电薄膜材料的结构示意图；图2为本专利技术中Sm离子改性的铁酸铋铁电靶材的制备工艺流程图；图3为实施例1得到的磁电薄膜材料的磁电效应测试曲线；图4为实施例2得到的磁电薄膜材料的磁电效应测试曲线；图5为实施例3得到的磁电薄膜材料的磁电效应测试曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例，详述本专利技术的技术方案。实施例1一种新型的磁电薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、按照Bi0.98Sm0.02FeO3(BSFO，x＝0.02)的化学计量比，称量0.49mol的Bi2O3，0.01mol的Sm2O3和0.5mol的Fe2O3，用去离子水做磨介，一次球磨18h，烘干，在725℃下预烧结2h；然后进行二次球磨12h，加入粘合剂，压制，在820℃烧结30min，即可得到Sm离子改性的铁酸铋靶材，作为铁电靶材；步骤2、选取市售的纯度为99.99％的Fe81Si3.5B13.5C2合金靶材作为铁磁靶材；步骤3、选取10×5mm的非晶玻璃基片作为衬底，将非晶玻璃基片分别在无水乙醇、丙酮中超声清洗4次；步骤4、在步骤3清洗后的非晶玻璃基片上采用磁控溅射法沉积FeSiBC非晶薄膜，其中，溅射靶材为步骤2选取的市售的Fe81Si3.5B13.5C2合金靶材，工作气压为0.8Pa，溅射功率为70W，温度为室温，保护气体为Ar气，溅射过程中提供大小为150Oe的平行于基片方向的外加磁场，溅射时间1h；步骤5、在步骤4得到的FeSiBC非晶薄膜上采用磁控溅射法沉积Sm离子改性的铁酸铋薄膜层，其中，溅射靶材为步骤1得到的铁电靶材，工作气压6×10-4Pa，溅射功率为60W，温度为室温，保护气体为Ar气，溅射时间1h；即可得到所述磁电薄膜材料。图3为实施例1得到的磁电薄膜材料的磁电效应测试曲线；VSM测试显示该磁电薄膜材料具有较好的磁电效应现象，在0kV/cm和2kV/cm的作用下，其磁电效应区别明显。实施例2实施例2与实施例1的区别在于：步骤1中Sm离子改性的铁酸铋为Bi0.96Sm0.04FeO3(BSFO，x＝0.04)，称取的原料为0.48mol的Bi2O3，0.02mol的Sm2O3和0.5mol的Fe2O3。其余步骤与实施例1相同。图4为实施例2得到的磁电薄膜材料的磁电效应测试曲线；VSM测试显示该磁电薄膜材料具有较好的磁电效应现象，当Sm的含量x＝0.04时，基于本专利技术的双层结构，铁电相的作用效果更强，该薄膜材料在0kV/cm和2kV/cm的作用下，磁电效应区别明显，材料更容易被磁化饱和。实施例3实施例3与实施例1的区别在于：步骤1中Sm离子改性的铁酸铋为Bi0.94Sm0.06FeO3(BSFO，x＝0.06)，称取的原料为0.47mol的Bi2O3，0.03mol的Sm2O3和0.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型的磁电薄膜材料，其特征在于，所述磁电薄膜材料包括依次沉积于非晶玻璃基片上的FeSiBC非晶材料和Sm离子改性的铁酸铋，所述FeSiBC非晶材料为Fe81Si3.5B13.5C2，所述Sm离子改性的铁酸铋的化学式为Bi1‑xSmxFeO3，其中x＝0.02～0.06。

【技术特征摘要】
1.一种新型的磁电薄膜材料，其特征在于，所述磁电薄膜材料包括依次沉积于非晶玻璃基片上的FeSiBC非晶材料和Sm离子改性的铁酸铋，所述FeSiBC非晶材料为Fe81Si3.5B13.5C2，所述Sm离子改性的铁酸铋的化学式为Bi1-xSmxFeO3，其中x＝0.02～0.06。2.根据权利要求1所述的新型的磁电薄膜材料，其特征在于，所述FeSiBC非晶材料的厚度为0.2～2μm，所述Sm离子改性的铁酸铋的厚度为0.1～1μm。3.根据权利要求1所述的新型的磁电薄膜材料，其特征在于，所述FeSiBC非晶材料采用磁控溅射法沉积于非晶玻璃基片上，其中，溅射靶材为Fe81Si3.5B13.5C2合金靶材，工作气压为0.6～1.2Pa，溅射功率为60～85W，保护气体为惰性气体，溅射过程中提供大小为50～300Oe的平行于基片方向的外加磁场，溅射时间0.5～2h。4.根据权利要求1所述的新型的磁电薄膜材料，其特征在于，所述Sm离子改性的铁酸铋采用磁控溅射法沉积于FeSiBC非晶材料上，其中，溅射靶材为按照Bi1-xSmxFeO3的化学计量比的原料通过固相合成法得到的铁电靶材，工作气压6×10-4～7×10-4Pa，溅射功率为50～70W，保护气体为惰性气体，溅射时间0.5～2...

【专利技术属性】
技术研发人员：文丹丹，张怀武，李强，荆玉兰，甘功雯，李颉，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51