柔性自支撑铁电薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种柔性自支撑铁电薄膜及其制备方法，其中，柔性自支撑铁电薄膜包括柔性基底层、电极层及功能层，所述电极层形成于所述柔性基底层；所述功能层形成于所述电极层，所述功能层为具有铁电性能的多层结构薄膜。本发明专利技术的技术方案的柔性自支撑铁电薄膜可保持稳定应力状态和铁电性能。稳定应力状态和铁电性能。稳定应力状态和铁电性能。

【技术实现步骤摘要】
柔性自支撑铁电薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及柔性电子
，特别涉及一种柔性自支撑铁电薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]柔性电子产品由于能够满足柔性的同时，并具有多种功能、可调属性、低功耗的特点，再加上在可穿戴设备、植入系统和脑机接口方面的潜在应用，因而获得了广泛关注。铁电材料具有自发极化，能够实现非易失性数据存储，且能够多级调控导电状态，使其在存储器、忆阻器、电容器等方面具有广阔的应用前景。因此，将铁电材料柔性化是推动柔性电子器件发展的重要途径。
[0003]近年来，基于Sr3Al2O6(SAO)水溶层获得无衬底束缚的柔性自支撑功能薄膜的技术引起极大关注，这些薄膜在水溶后往往存在优异的机械柔性，但是这些柔性自支撑功能薄膜在脱离了SAO后其应力状态往往发生改变，导致其铁电性能受到影响。同时，由于铁电材料，以BaTiO3(BTO)为例，往往存在漏电行为，导致其铁电性能受到影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的是提供一种柔性自支撑铁电薄膜，旨在通过在牺牲层与功能层中间插入柔性基底层和电极层能够确保样品外延生长的同时，保证功能层存在一定的应力，而通过将功能层设置呈多层结构薄膜，能够增加击穿场强，稳定铁电性能，提高存储密度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出的柔性自支撑铁电薄膜包括：
[0006]柔性基底层；
[0007]电极层，所述电极层形成于所述柔性基底层；及
[0008]功能层，所述功能层形成于所述电极层，所述功能层为具有铁电性能的多层结构薄膜。
[0009]可选的实施例中，所述功能层包括交替生长的铁电材料层和SrTiO3(STO)层。
[0010]可选的实施例中，所述铁电材料层为BaTiO3(BTO)材料，所述铁电材料层和SrTiO3(STO)层之间为外延生长。
[0011]可选的实施例中，所述铁电材料层的厚度范围为15nm～25nm，所述SrTiO3(STO)层的厚度范围为2nm～5nm。
[0012]可选的实施例中，所述铁电材料层位于所述电极层和所述功能层的SrTiO3(STO)层之间，所述功能层中最远离所述电极层的结构为铁电材料层。
[0013]可选的实施例中，所述柔性基底层为柔性SrTiO3(STO)材料，所述柔性SrTiO3(STO)材料的晶面取向为[001]；
[0014]且/或，所述电极层为SrRuO3(SRO)材料；
[0015]且/或，所述柔性基底层和所述电极层之间为外延生长。
[0016]可选的实施例中，所述功能层的厚度范围为200nm～300nm；
[0017]且/或，所述柔性基底层的厚度范围为80nm～120nm；
[0018]且/或，所述电极层的厚度范围为40nm～60nm。
[0019]本专利技术还提出了一种柔性自支撑铁电薄膜的制备方法，所述制备方法包括：
[0020]提供一基片，对其进行预处理；
[0021]于所述基片的表面自下而上依次生长牺牲层、柔性基底层、电极层和功能层，所述功能层为具有铁电性能的多层结构薄膜；
[0022]将上述基片
‑
牺牲层
‑
柔性基底层
‑
电极层
‑
功能层薄膜浸泡于溶剂中以溶解所述牺牲层，从而得到柔性自支撑铁电薄膜。
[0023]可选的实施例中，所述基片的材料为SrTiO3、Nb
‑
SrTiO3、LaAlO3、SrLaGaO4、SrLaAlO4、DyScO3、GdScO3、BaTiO3、LiNbO3、MgO和PMN
‑
PT中的一种；
[0024]且/或，所述牺牲层的材料为Sr3Al2O6、Ca
1.5
Sr
1.5
Al2O6、La
0.67
Sr
0.33
MnO3中的一种；
[0025]且/或，所述溶剂为去离子水、碘化钾和盐酸中的一种。
[0026]可选的实施例中，所述基片为SrTiO3(STO)基片，所述SrTiO3(STO)基片的晶面取向为[001]，所述牺牲层为Sr3Al2O6(SAO)，所述电极层为SrRuO3(SRO)，所述功能层包括交替生长的BaTiO3(BTO)层和SrTiO3(STO)层，得到STO/SAO/STO/SRO/(BTO/STO)n/BTO薄膜，其中，n为大于0的自然数。
[0027]可选的实施例中，提供一基片，对其进行预处理的步骤具体为：
[0028]提供一基片，将其浸于丙酮中，在40～70℃下超声清洗3min～20min；
[0029]再将所述基片浸于无水乙醇中，超声清洗1min～6min；
[0030]接着将所述基片浸于去离子水中，超声清洗1min～6min；
[0031]最后使用氮气对所述基片进行干燥。
[0032]可选的实施例中，于所述基片的表面自下而上依次生长牺牲层、柔性基底层、电极层和功能层的步骤中，均采用脉冲激光沉积方法。
[0033]可选的实施例中，所述牺牲层、柔性基底层的沉积温度为650℃～750℃，沉积氧压为1
×
10
‑6Torr～5
×
10
‑6Torr。
[0034]可选的实施例中，所述电极层的沉积温度为650℃～750℃，沉积氧压为5
×
10
‑2Torr～1
×
10
‑1Torr；
[0035]且/或，所述功能层的沉积温度为700℃～800℃，沉积氧压为1
×
10
‑3Torr～1
×
10
‑2Torr。
[0036]可选的实施例中，所述功能层的生长方式采用双靶材切换的交替生长方式，交替生长分为11次。
[0037]可选的实施例中，所述牺牲层、柔性基底层、电极层和功能层的中任一者在脉冲激光沉积过程中的激光的能量范围为280mJ～380mJ，频率范围为8Hz～10Hz，沉积时间范围为10min～90min。
[0038]可选的实施例中，将上述基片
‑
牺牲层
‑
柔性基底层
‑
电极层
‑
功能层薄膜浸泡于溶剂中以溶解所述牺牲层，从而得到柔性自支撑铁电薄膜的步骤具体为：
[0039]将STO/SAO/STO/SRO/(BTO/STO)
n
/BTO薄膜浸泡于去离子水中30min～60min；
[0040]待SAO牺牲层完全溶解后，利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜将STO/SRO/(BTO/
STO)
n
/BTO从水中捞出，获得具有稳定铁电性能的柔性自支撑铁电薄膜。
[0041]本专利技术的技术方案中，具有以下有益技术效果：
[0042]1.在牺牲层与功能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性自支撑铁电薄膜，其特征在于，包括：柔性基底层；电极层，所述电极层形成于所述柔性基底层；及功能层，所述功能层形成于所述电极层，所述功能层为具有铁电性能的多层结构薄膜。2.如权利要求1所述的柔性自支撑铁电薄膜，其特征在于，所述功能层包括交替生长的铁电材料层和SrTiO3(STO)层。3.如权利要求2所述的柔性自支撑铁电薄膜，其特征在于，所述铁电材料层为BaTiO3(BTO)材料，所述铁电材料层和SrTiO3(STO)层之间为外延生长。4.如权利要求3所述的柔性自支撑铁电薄膜，其特征在于，所述铁电材料层的厚度范围为15nm～25nm，所述SrTiO3(STO)层的厚度范围为2nm～5nm。5.如权利要求3所述的柔性自支撑铁电薄膜，其特征在于，所述铁电材料层位于所述电极层和所述功能层的SrTiO3(STO)层之间，所述功能层中最远离所述电极层的结构为铁电材料层。6.如权利要求1至5中任一项所述的柔性自支撑铁电薄膜，其特征在于，所述柔性基底层为柔性SrTiO3(STO)材料，所述柔性SrTiO3(STO)材料的晶面取向为[001]；且/或，所述电极层为SrRuO3(SRO)材料；且/或，所述柔性基底层和所述电极层之间为外延生长。7.如权利要求1至5中任一项所述的柔性自支撑铁电薄膜，其特征在于，所述功能层的厚度范围为200nm～300nm；且/或，所述柔性基底层的厚度范围为80nm～120nm；且/或，所述电极层的厚度范围为40nm～60nm。8.一种如权利要求1至7中任一项所述的柔性自支撑铁电薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：提供一基片，对其进行预处理；于所述基片的表面自下而上依次生长牺牲层、柔性基底层、电极层和功能层，所述功能层为具有铁电性能的多层结构薄膜；将上述基片
‑
牺牲层
‑
柔性基底层
‑
电极层
‑
功能层薄膜浸泡于溶剂中以溶解所述牺牲层，从而得到柔性自支撑铁电薄膜。9.如权利要求8所述的柔性自支撑铁电薄膜的制备方法，其特征在于，所述基片的材料为SrTiO3、Nb
‑
SrTiO3、LaAlO3、SrLaGaO4、SrLaAlO4、DyScO3、GdScO3、BaTiO3、LiNbO3、MgO和PMN
‑
PT中的一种；且/或，所述牺牲层的材料为Sr3Al2O6、Ca
1.5
Sr
1.5
Al2O6、La
0.67
Sr
0.33
MnO3中的一种；且/或，所述溶剂为去离子水、碘化钾和盐酸中的一种。10.如权利要求8所述的柔性自支撑铁电薄膜的制备方法，其特征在于，所述基片为SrTiO3(STO)基片，所述SrTiO3(STO)基片的晶面取向为[001]，所述牺牲层...

【专利技术属性】
技术研发人员：安峰，钟高阔，姚帝杰，陈骞鑫，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：