一种制备ＢｉＦｅＯ３薄膜的方法技术

一种制备ＢｉＦｅＯ３薄膜的方法，它涉及一种制备ＢｉＦｅＯ３薄膜的方法。本发明专利技术解决了现有的磁控溅射技术制备得到的ＢｉＦｅＯ３薄膜中Ｆｅ含量不足的问题。方法：一、Ｂｉ１．１ＦｅＯ３靶材和Ｆｅ靶材同时将Ｂｉ１．１ＦｅＯ３和Ｆｅ溅射到Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ基体上；二、将步骤一溅射结束后的基体置于氧气气氛下保温５ｍｉｎ，然后冷却至室温，即得到ＢｉＦｅＯ３薄膜。本发明专利技术方法可以准确地控制ＢｉＦｅＯ３薄膜的成分，制备得到的ＢｉＦｅＯ３薄膜具有优良的铁电性能和铁磁性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备BiFe03薄膜的方法。
技术介绍
同时具有铁电、铁磁、铁弹中至少两种特性的材料即为多铁性材料，近年来， 铁性材料引起人们越来越多的关注，而铁电磁薄膜材料具有与铁电体材料相似的电、 光、热、声等一系列重要的性质，同时又具有体积小、工作电压低、便于发展小型器件 以及与半导体工艺相集成等优点，在微电子、光电子学、集成光学、微机械学和微机电 学等高
具有广泛的应用前景。随着现代薄膜制备技术的重大突破，铁电薄膜的 研究成为现代材料科学研究的热点之一。作为一种典型的单相铁磁电材料，BiFe03(BFO) 具有三角扭曲钙钛矿结构，是为数不多的室温下同时具有铁电性和铁磁性的材料之一， 同时还具有铁电序参量和反铁磁序参量，外延生长的BFO薄膜与BFO块体相比，因具有 独特而优异的性能而引起了研究者的广泛关注，但是单晶BFO薄膜制备成本相当高昂， 因此制备出性能优异而成本低廉的多晶BFO薄膜是铁电工作者一直不懈追求的目标，磁 控溅射技术是半导体工业中被广泛应用的薄膜制备技术，因此探索磁控溅射技术制备多 晶BFO薄膜具有重要的意义。然而磁控溅射技术制备BFO薄膜面临的一个重要难题是 Fe元素的溅射生产率(sputtering yield)相对较低，这就造成薄膜中Fe的含量往往偏低，另 外由于Bi的挥发性，使得难以准确控制BFO薄膜的成分，从而影响了BFO的多铁性能。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的磁控溅射技术难以准确控制BFO薄膜的成分的问题，而 提供了一种制备BiFe03薄膜的方法。本专利技术方法准确的控制BiFe03薄膜中Fe的含量， 获得了高质量的BiFe03薄膜。 本专利技术制备BiFe03薄膜的方法按照以下步骤进行一、BiuFeC^靶材和Fe靶材 同时将BiuFeC^和Fe溅射到Pt/Ti/Si02/Si基体上，控制BiuFe03靶材的溅射功率密度为 1.8 2.2W/cm2，控制Fe的溅射功率密度为0.66 1.1W/cm2，溅射过程中通入氩气和氧 气的混合体，其中氩气和氧气的体积比为1 : 1 4 : 1，气压为1.5Pa， Pt/Ti/Si02/Si基 体温度为200 500°C ; 二、将步骤一溅射结束后的Pt/Ti/Si(VSi基体置于氧气气氛下， 以50°C /s的速度加热至400 70(TC保温5min，控制气压为1.013 X 105Pa，然后冷却至室 温，即制备得到BiFe03薄膜。 本专利技术方法通过BiuFeOs靶材和Fe靶材共溅射的方法制备BiFe03薄膜，准确的 控制BiFe03薄膜中Fe的含量，本专利技术方法制备得到的BiFe03薄膜中Bi和Fe的摩尔比值 为0.999 1.002，克服了薄膜中Fe的含量偏低的问题，本专利技术的方法准确的控制BFO薄 膜的成分，制备得到的BiFe03薄膜具有优异的铁电性能和良好的铁磁性能，本专利技术制备 得到BiFe03薄膜在120kV/cm的电场条件下的漏电电流密度为0.9X 10-31.1 X 10-3A/cm2， 剩余极化强度达到了 30 ii C/cm2以上，饱和磁化强度达到了 20emu/cm3以上。本专利技术方3法制备得到BiFe03薄膜性能优越，具有良好的应用前景。附图说明 图1为具体实施方式制备得到的BiFe03薄膜的电滞回线图；图2为具体实施方式制备得到的BiFe03薄膜的磁滞回线图。具体实施例方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。 具体实施方式一本实施方式制备BiFe03薄膜的方法按照以下步骤进行BiuFeOg靶材和Fe靶材同时将BiuFeO"纯度为99.9% )和Fe(纯度为99.9% )溅射到Pt/Ti/Si02/Si基体上，控制BiuFeOg靶材的溅射功率密度为1.8 2.2W/cm2，控制Fe的溅射功率密度为0.66 1.1W/cm2，溅射过程中通入氩气和氧气的混合体，其中氩气和氧气的体积比为l : 1 4 : 1，气压为1.5Pa， Pt/Ti/Si02/Si基体温度为200 500°C ; 二、将步骤一溅射结束后的Pt/Ti/Si02/Si基体置于氧气气氛下，以50°C /s的速度加热至400 700。C保温5min，控制气压为1.013 X 105Pa，然后冷却至室温，即制备得到BiFe03薄膜。本实施方式制备得到的BiFe03薄膜中Bi和Fe的摩尔比值为0.999 1.002。本实施方式制作得到的为多晶BiFe03薄膜。 本实施方式制备得到的BiFe03薄膜在120kV/cm的电场条件下的漏电电流密度为0.9X1-3 l.lX10-3A/cm2，剩余极化强度达到了 30C/cm2以上，饱和磁化强度达到了20emu/cm3以上。 具体实施方式二本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中步骤一中控制BiuFe03靶材的溅射功率密度为1.8W/cm2。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。 具体实施方式三本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中步骤一中控制BiuFe03靶材的溅射功率密度为1.9W/cm2。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。具体实施方式四本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中控制Fe靶材的溅射功率密度为1.06W/cm2。其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。具体实施方式五本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一中控制Fe靶材的溅射功率密度为1.1W/cm2。其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。具体实施方式六本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤一中Pt/Ti/Si(VSi基体的溅射压强为1.5Pa， Pt/Ti/Si(VSi基体的溅射温度为45(TC。。其他步骤及参数与具体实施方式四相同。具体实施方式七本实施方式与具体实施方式四不同的是步骤一中Pt/Ti/Si(VSi基体的溅射压强为1.6Pa， Pt/Ti/Si(VSi基体的溅射温度为43(TC。其他步骤及参数与具体实施方式四相同。 具体实施方式八本实施方式与具体实施方式一、二或六不同的是步骤二中退火时间为5min，温度为60(TC。其他步骤及参数与具体实施方式一、二或六相同。具体实施方式九本实施方式与具体实施方式一、二或六不同的是步骤二中退火时间为6min，温度为61(TC。其他步骤及参数与具体实施方式一、二或六相同。具体实施方式十本实施方式制备BiFe03薄膜的方法按照以下步骤进行 BiuFeOg靶材和Fe靶材同时将BiuFeO"纯度为99.9% )和Fe(纯度为99.9% )溅射到Pt/ Ti/Si(VSi基体上，控制BiuFe03靶材的溅射功率密度为1.8W/cm2，控制Fe的溅射功率 密度为1.06W/cm2，溅射过程中通入氩气和氧气的混合体，其中氩气和氧气的体积比为 4 : 1，气压为1.5Pa， Pt/Ti/Si(VSi基体温度为450°C ; 二、将步骤一溅射结束后的Pt/ Ti/Si02/Si基体置于氧气气氛下，以50°C /s的速度加热至60(TC保温5min，控制气压为 1.013X105Pa，然后冷却至室温，即制备得到BiFe03薄膜。 本实施方式制作得到的为多晶BiFe03薄膜。本实施方式制备得到的BiFe03薄膜在120kV/cm的电场条本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备ＢｉＦｅＯ↓［３］薄膜的方法，其特征在于制备ＢｉＦｅＯ↓［３］薄膜的方法按照以下步骤进行：一、Ｂｉ↓［１．１］ＦｅＯ↓［３］靶材和Ｆｅ靶材同时将Ｂｉ↓［１．１］ＦｅＯ↓［３］和Ｆｅ溅射到Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ↓［２］／Ｓｉ基体上，控制Ｂｉ↓［１．１］ＦｅＯ↓［３］靶材的溅射功率密度为１．８～２．２Ｗ／ｃｍ↑［２］，控制Ｆｅ的溅射功率密度为０．６６～１．１Ｗ／ｃｍ↑［２］，溅射过程中通入氩气和氧气的混合体，其中氩气和氧气的体积比为１∶１～４∶１，气压为１．５Ｐａ，Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ基体温度为２００～５００℃；二、将步骤一溅射结束后的Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ基体置于氧气气氛下，以５０℃／ｓ的速度加热至４００～７００℃保温５ｍｉｎ，控制气压为１．０１３×１０↑［５］Ｐａ，然后冷却至室温，即制备得到ＢｉＦｅＯ↓［３］薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李宜彬，赫晓东，吕宏振，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[]