本发明专利技术提供了一种钛酸锶钡／铌酸锌铋异质结构材料，包括至少一层钛酸锶钡层和至少一层铌酸锌铋层，其中，所述钛酸锶钡层为锰掺杂的钛酸锶钡层。本发明专利技术的钛酸锶钡／铌酸锌铋异质结构材料有机地结合了钛酸锶钡材料的高介电可调性与铌酸锌铋材料的低介电损耗特性，通过使用锰掺杂钛酸锶钡层，以及有目的地调控锰掺杂钛酸锶钡和铌酸锌铋层各自的厚度和生长条件，得到了一种同时具有高介电可调率和低介电损耗特性的锰掺杂钛酸锶钡／铌酸锌铋异质结构材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种异质结构材料及其制备方法，特别是一种介电可调钛 酸锶钡/铌酸锌铋异质结构材料及其制备方法。
技术介绍
介电可调薄膜材料尤其是钛酸锶钡(Ba-xSrxTi03, BST-x )和铌酸锌铋((BiL5Zn。.5) (Zn。.5NbL5)07,BZN)有许多电学方面的优点(见N. Setter e"/.，Ferroelectric thin films: Review of materials, properties, andapplications, J. AppL Phys. 100， 051606 (2006); W. RenefaA， Bismuthzinc niobate pyrochlore dielectric thin films for capacitiveapplications, J. Appl. Phys. 89， 767 (2000)),它们最显著的特点是高调制速度，低损耗，低能耗，体积小，重量轻，易集成，因此有望成为下一代高速宽带无线通讯领域里的关^t材料。目前围绕这两类材料的努力集中在 降低薄膜的介电损耗和提高可调率方面。然而对于单一的薄膜材料，钛酸锶钡和铌酸锌铋都难以同时满足这两个方面的要求。为突破以往单一的钛酸锶 钡和铌酸锌铋薄膜在介电损耗及可调性方面存在的局限性，材料科学家开展 了钛酸锶钡/铌酸锌铋复合薄膜的研究工作(见L. Yan W a/.， Bao.sSro.sTiOs-Bii.sZnLoNKsOcomposite thin films with promising microwave dielectric properties for microwave device applications, AppL Phys. Lett. 85， 3522 (2004); W. Y. Fu " ", Dielectric properties of BiLsZriuNbi.A/Mn-doped Ba0.6Sr0.4Ti03 heterolayered films grown by pulsed laser deposition, Appl. Phys. Lett. 89， 132908 (2006))。但是多数研究者并没有实现对这种复合体系的潜力的充分发掘。 在硅铂衬底上制作的钛酸锶钡/铌酸锌铋多层复合薄膜，和铌酸锌铋/钛酸锶 钡/铌酸锌铋夹心结构(见任巍等，微波介电可调钛酸锶钡/铋锌铌复合薄膜 及其制备方法，中华人民共和国国家知识产权局，公开号CN 1876599A (2006); S. X. Wang ef a丄， Tunable, low lossBiL5Zn1.0Nb1.5O7/Ba0.6Sr0.4TiO3/BiL5Zrii.0NK5O7 sandwich films, Appl. Phys. Lett. 89， 212907 (2006)),其介电可调性和介电损耗实际上仍然停留在单 一铌酸锌铋或钛酸锶钡薄膜材料的水平，并没有实质的提升。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是提供一种具有高品质因子、低漏电流特性的介电可调钛酸锶钡/铌酸锌铋异质结构材料。本专利技术的另 一任务是提供一种上述异质结构材料的制备方法。本专利技术提供了 一种钛酸锶钡/铌酸锌铋异质结构材料，包括至少 一层钛酸锶钡层和至少一层铌酸锌铋层，其中，所述钛酸锶钡层为锰掺杂的钬酸锶钡层。上述异质结构材料中，所述锰掺杂钛酸锶钡层的锰掺杂浓度优选 0. l-6at%。上述异质结构材料中，所述锰掺杂钛酸锶钡层的厚度优选40-4000nrn。上述异质结构材料中，所述铌酸锌铋层的厚度优选10 - 1000nm。 进一步地，所述锰掺杂钛酸锶钡层与铌酸锌铋层的厚度比优选2-20。 制备上述钛酸锶钡/铌酸锌铋异质结构材料的方法首先，在基底上 按照由下至上的次序逐层生长锰掺杂钛酸锶钡层和铌酸锌铋层；然后进行 退火处理，以减少氧缺陷和释放应力，就得到掺锰的钛酸锶钡/铌酸锌铋 异质结构。上述制备方法中，所述退火温度为400 - 550°C,所述退火压强为0.5 -2个大气压，所述退火的气氛为纯氧或干燥空气，所述退火时间为10-30 min。上述制备方法中，所述制备钛酸锶钡层和铌酸锌铋层的方法包括脉冲 激光沉积、射频磁控'减射、金属有机化学气相沉积和溶胶-凝胶法。上述制备方法中，所述锰掺杂钛酸锶钡层的生长温度优选600 - 900 °C,所述铌酸锌铋、层的生长温度优选550 - 75(TC。上述制备方法中，所迷基底优选硅铂、镀铂或镀金的蓝宝石和石英。本专利技术异质结构有机地结合了钛酸锶钡材料的高介电可调性与铌酸 锌铋材料的低介电损耗特性，通过使用锰掺杂钛酸锶钡层，以及有目的地 调控锰掺杂钛酸锶钡和铌酸锌铋层各自的厚度和生长条件，得到了 一种同时具有高介电可调率和低介电损耗特性的锰掺杂钛酸锶钡/铌酸锌铋异质结构 材料。本专利技术采用与半导体工艺兼容的硅铂衬底(或者镀Pt或Au的蓝宝石和石英衬底等)；采用锰元素对钛酸锶钡进行掺杂，以提高钛酸锶钡层的 介电性能；采用不同的沉积温度分别沉积锰掺杂钛酸锶钡层和铌酸锌铋 层，在取得良好结晶的同时，保证异质结构中各层的单相结构；锰掺杂钛 酸锶钡层和铌酸锌铋层的厚度不同， 一般而言，在取得低介电损耗的同时， 为了最大限度地保证异质结构的可调性，需要尽可能地减小铌酸锌铋层的 厚度；异质结构沉积完成后，在纯氧或干燥空气气氛下进行原位退火，以 减少氧缺陷和释》丈应力。附图说明以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施例，其中图1为本专利技术实施例1的锰掺杂钛酸锶钡/铌酸锌铋异质结构材料在100 kHz测试频率下的电容-电压(C-V)特性曲线；图2为本专利技术实施例1的锰掺杂钛酸锶钡/铌酸锌铋异质结构材料的漏电流(I-V)特性曲线。具体实施例方式实施例1本实施例的锰掺杂钛酸锶钡/铌酸锌铋异质结构材料中，只有一个周 期的锰掺杂钛酸锶钡/铌酸锌铋结构，其中，所述锰掺杂钛酸锶钡层厚度 为160nm,锰掺杂浓度为2at%;铌酸锌铋层厚度40nm,两层的厚度比锰掺 杂钛酸锶钡铌酸锌铋=4: 1。其制备方法如下:首先，采用脉冲激光沉积技术，在硅铂衬底上于900。C首先沉积一层 厚160nm的锰掺杂钛酸锶钡层；然后，将衬底温度降至650°C,通过原位 转靶技术再沉积一层厚40 nm的铌酸锌铋层，从而得到具有一个锰掺杂钛 酸锶钡/铌酸锌铋周期的异质结构；随后将该双层薄膜在550 。C、 1个大 气压左右的纯氧气氛条件下进行原位退火30min,最后，为了测量本实施例的异质结构材料的性能，还用掩模技术在制备好的异质结构上沉积圆形 的Pt上电极以构成平行板电容器，并在空气中于400 。C条件下进行快速 退火5 min。这样得到的双层薄膜的表面平整，X光衍射结果表明其中的锰掺杂钛酸锶钡为钩钬矿结构而铌酸锌铋、薄膜处于立方焦绿石相。下面结合附图对实施例1作进一步的详细说明在100 kHz下对该锰掺杂钛酸锶钡/铌酸锌铋异质结构进行了电容-电 压(C-V)测试(测试设备型号为Agilent 4294A),测试结果如图1所示， 反复多次的测试在低的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钛酸锶钡／铌酸锌铋异质结构材料，包括至少一层钛酸锶钡层和至少一层铌酸锌铋层，其中，所述钛酸锶钡层为锰掺杂的钛酸锶钡层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：符汪洋，周岳亮，曹玲柱，汪宏，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。