本发明专利技术公开了一种高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料及其制备方法，属于柔性电子设备/器件技术领域。该材料自下而上依次包括：基底层、缓冲层、底电极层和梯度反铁电薄膜层。制备方法包括：选取特定晶面取向的基底层；在选取的特定晶面取向的基底层上生长缓冲层；在缓冲层上生成底电极层；在底电极层上生成沿指定方向含量梯度变化的梯度反铁电薄膜层，得到所述高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料。本发明专利技术通过高通量制备技术，克服了“试错”及不可避免的实验误差以及不能弯曲的限制，有望真正实现可穿戴柔性功能器件的集成化、微型化和多功能化，将进一步拓展柔性反铁电基薄膜材料在未来智能化生活方面的应用。来智能化生活方面的应用。来智能化生活方面的应用。
【技术实现步骤摘要】
一种高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料及其制备方法
[0001]本专利技术属于柔性电子设备/器件
，涉及一种高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料及其制备方法。
技术介绍
[0002]随科学技术的发展，人门对电子设备和器件的需求越来越高，而柔性电子设备与器件作为新电子设备的代表，具有柔性、透明、轻薄、易弯曲等特点，可以更广泛的应用于智能手机设备、平板电脑等电子产品，为未来智能化生活提供更多的可能性与便利性。反铁电(AFE)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。然而，由于传统的反铁电材料需要高温制备以及不能弯曲在柔性电子器件中的应用受到限制，为克服这些限制，有必要制备研究柔性反铁电基薄膜拓展在未来智能化生活方面的应用。
[0003]锆酸铅PbZrO3(PZO)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，因此很难应用在柔性电子设备与器件的应用领域。通过对Pb
2+
等价Ba
2+
取代可以有效降低击穿场，减少反铁电
‑
铁电相变开关场，而当这种材料被集成到柔性器件中时，这种降低会使器件功耗的大幅降低和器件体积的节省。因此，研究Ba
2+
在PZO中不同成分对于其结构以及性能之间联系具有重要的实际应用价值。对于大多数PBZ反铁电材料来说，由于(Pb1‑
x
Ba
x
)ZrO3(PBZ)的相变和物理特性对Ba
2+
的掺杂比例非常敏感，而且以前的工作主要集中在低Ba含量的PBZ陶瓷中，对于PBZ薄膜且在其中建立掺杂比例和相变特性之间的完整关系的研究还很有限，因此，利用先进的制备方法来制备获取更低击穿场的具有柔性成分梯度反铁电基薄膜材料是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术的主要目的一通过高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料，明确PBZ薄膜中成分与结构以及性能之间联系，通过调控Ba
2+
取代降低击穿场，减少反铁电
‑
铁电相变开关场，降低该材料应用于集成器件的功耗和空间体积，拓展其在未来智能化生活方面的应用。
[0005]本专利技术的主要目的二是提供一种实现高通量柔性成分梯度反铁电薄膜制备的方法，通过此方法能制备在相同实验条件下进行平行实验，制备不同成分的PBZ薄膜材料，以解决费时、及实验中不可避免的实验误差等问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料，自下而上依次包括：基底层、缓冲层、底电极层和梯度反铁电薄膜层；上述梯度反铁电薄膜层为基于底电极层生长的具有沿指定方向含量梯度变化的AB固溶结构的薄膜，上述AB固溶结构的薄膜中A组分材料的组成
元素包含Pb、Zr与O元素，B组分材料的组成元素包含Ba、Zr与O元素。
[0008]进一步，上述梯度反铁电薄膜层包括底电极层上先沿指定方向梯度变化的A组分材料，然后沿上述指定方向反方向梯度变化的B组分材料，形成一个循环的梯度组分AB薄膜，再循环10～30次单个循环步骤形成AB固溶结构的薄膜。
[0009]进一步，上述AB固溶结构具体为(Pb1‑
x
Ba
x
)ZrO3，其中，x为0～0.1，A组分材料为PbZrO3，B组分材料为BaZrO3。
[0010]进一步，上述A组分材料总厚度占上述梯度反铁电薄膜层总厚度的90％～100％。
[0011]进一步，上述基底层为柔性云母层。
[0012]进一步，上述底电极层为SrRuO3层，上述缓冲层为CoFe2O4层。
[0013]更进一步，高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料还包括上电极层，上述上电极层为基于上述梯度反铁电薄膜层生长的Au顶电极。
[0014]更进一步，上述基底层厚度为10～30mm，优选为15～20mm；上述缓冲层厚度为5～10nm；上述底电极层厚度为3～10nm，优选为3～5nm；上述梯度反铁电薄膜层的厚度为20～30nm，优选为20～25nm；上述上电极层的厚度为3～10nm，优选为3～5nm。
[0015]本专利技术还提供一种高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
[0016](1)选取特定晶面取向的基底层；
[0017](2)在选取的特定晶面取向的基底层上生成缓冲层；
[0018](3)在缓冲层上生成底电极层；
[0019](4)在底电极层上生成沿指定方向含量梯度变化的梯度反铁电薄膜层，得到上述高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料。
[0020]进一步，上述一种高通量制备的梯度功能薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
[0021]1)选取晶面取向为(111)的柔性云母层作为基底层；
[0022]2)在基底层上生成CoFe2O4层作为缓冲层；
[0023]3)在缓冲层上生成SrRuO3层作为底电极层；
[0024]4)在底电极层上生成沿指定方向含量梯度变化的PbZrO3‑
BaZrO3层作为梯度反铁电薄膜层，得到上述高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料。
[0025]进一步，上述缓冲层、底电极层和梯度反铁电薄膜层的生成均采用脉冲激光沉积方法。
[0026]更进一步，上述缓冲层的生成采用脉冲激光沉积方法，在上述柔性云母层上沉积形成CoFe2O4薄膜，沉积参数为：沉积真空度≤1
×
10
‑7Pa，沉积温度为580～620℃，氧分压为60～80mTorr，激光能量为300～350mJ，脉冲激光频率为8～10Hz，沉积温度速率为10～15℃/min，激光焦距为
‑
20～20mm，沉积速率1～2nm/min。
[0027]更进一步，上述底电极层的生成采用脉冲激光沉积方法，沉积参数为：沉积真空度≤1
×
10
‑7Pa，沉积温度为580～620℃，氧分压为80～100mTorr，激光能量为300～350mJ，脉冲激光频率为8～10Hz，沉积温度速率为10～15℃/min，激光焦距为
‑
20～20mm，沉积速率1～2nm/min。
[0028]进一步，上述步骤3)具体包括以下步骤：
[0029]a、将PbZrO3靶材、BaZrO3靶材分别放置在相邻的靶位上；
[0030]b、将基底进行粘结处理并放置于脉冲激光沉积系统的生长腔中主靶位的正上方，基底与靶材之间的距离控制在75～85cm；
[0031]c、将PbZrO3靶位切换至主靶位，开启激光器轰击PbZrO3靶材1800～2000发；本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料，其特征在于，自下而上依次包括：基底层、缓冲层、底电极层和梯度反铁电薄膜层；所述梯度反铁电薄膜层为基于底电极层生长的具有沿指定方向含量梯度变化的AB固溶结构的薄膜，所述AB固溶结构的薄膜中A组分材料的组成元素包含Pb、Zr与O元素，B组分材料的组成元素包含Ba、Zr与O元素。2.根据权利要求1所述一种高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料，其特征在于，所述梯度反铁电薄膜层包括底电极层上先沿指定方向梯度变化的A组分材料，然后沿所述指定方向反方向梯度变化的B组分材料，形成一个循环的梯度组分AB薄膜，再循环10～30次单个循环步骤形成AB固溶结构的薄膜。3.根据权利要求1所述一种高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料，其特征在于，所述AB固溶结构具体为(Pb1‑
x
Ba
x
)ZrO3，其中，x为0～0.1，A组分材料为PbZrO3，B组分材料为BaZrO3。4.根据权利要求1所述一种高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料，其特征在于，所述A组分材料总厚度占所述梯度反铁电薄膜层总厚度的90％～100％。5.根据权利要求1所述一种高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料，其特征在于，所述基底层为柔性云母层，所述缓冲层为CoFe2O4层。6.根据权利要求1所述一种高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料，其特征在于，所述底电极层为SrRuO3层。7.一种高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选取特定晶面取向的基底层；(2)在选取的特定晶面取向的基底层上生长缓冲层；(3)在缓冲层上生成底电极层；(4)在底电极层上生成沿指定方向含量梯度变化的梯度反铁电薄膜层，得到所述高通量柔性成分梯度反铁电基薄膜材料。8.根据权利要求7所述一种高通量制备的梯度功能薄膜材料的制备方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟向丽，曾令平，钟高阔，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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。