一种体块态氧化铪基铁电晶体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种体块态氧化铪基铁电晶体，结构通式为(RE<subgt;x</subgt;Zr<subgt;y</subgt;Hf<subgt;1‑x‑y</subgt;)O<subgt;2‑0.5x</subgt;，铁电相空间群为Pbc2<subgt;1</subgt;，其中，RE为Lu、Dy、Ho、Tm、Sc和Yb中的至少一种，RE的掺杂浓度：0≤x≤0.25，Zr的掺杂浓度：0.3≤y≤0.6。本发明专利技术通过氙灯加热的光学浮区法制备晶体，采用Zr和RE共掺，并对稀土掺杂种类、掺杂浓度、原料预烧温度和预烧时间、生长速度，上线旋转杆转速、气氛及气氛流量、退火温度、退火时间等参数优化，最终实现厘米级的晶体质量、铁电性能良好的氧化铪基铁电晶体的制备。制备过程如下：(1)称取RE<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、ZrO<subgt;2</subgt;和HfO<subgt;2</subgt;，然后以酒精为分散剂进行湿混，烘干，烧结；(2)原料装进气球捣实后滚成圆柱，抽真空后在等静水压下进行压制，烧结；(3)氙灯加热的光浮区法生长晶体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及晶体生长，更具体的说是涉及一种体块态氧化铪基铁电晶体及其制备方法。

技术介绍

1、氧化铪，分子式为hfo2，其铁电性由德国物理学家于2011年在掺si的氧化铪薄膜中首次发现，铁电相空间群为pbc21，其具有良好的cmos兼容性以及超薄的维持铁电性厚度(nm量级)，铁电材料因为其丰富的物理特性例如电光性能、压电性能、热释电性能，被广泛用在非线性光学、信息存储等领域，特别是在非线性光学领域，在外加电场的条件下实现周期极化，从而通过准相位匹配的方式实现非线性变频。由于铁电氧化铪材料特殊的结构，其在非线性光学领域的巨大潜力正亟待挖掘。

2、氧化铪的铁电相在常温常压下属于亚稳态，在薄膜中人们普遍通过掺杂、快速冷却、外延应力等调控手段来获得。由于体块态材料本身的限制，调控手段大大减少，苛刻的实验要求，使体块态氧化铪铁电晶体的制备非常困难。

3、关于体块态氧化铪基铁电晶体的制备，相关成果“kinetically stabilizedferroelectricity inbulk single-crystalliney:hfo2”(n本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种体块态氧化铪基铁电晶体，其特征在于，结构通式为(RExZryHf1-x-y)O2-0.5x；其中，RE为Lu、Dy、Ho、Tm、Sc和Yb中的至少一种，RE的掺杂浓度：0≤x≤0.25，Zr的掺杂浓度：0.3≤y≤0.6。

2.根据权利要求1所述的一种体块态氧化铪基铁电晶体，其特征在于，所述RE为Lu、Ho、Tm和Yb中的至少一种，RE的掺杂浓度：0.03≤x≤0.2，Zr的掺杂浓度：0.3≤y≤0.6。

3.根据权利要求2所述的一种体块态氧化铪基铁电晶体，其特征在于，所述RE为Lu，RE的掺杂浓度：0.08≤x≤0.12，Zr的掺杂浓度：0.35≤y≤0...

【技术特征摘要】

1.一种体块态氧化铪基铁电晶体，其特征在于，结构通式为(rexzryhf1-x-y)o2-0.5x；其中，re为lu、dy、ho、tm、sc和yb中的至少一种，re的掺杂浓度：0≤x≤0.25，zr的掺杂浓度：0.3≤y≤0.6。

2.根据权利要求1所述的一种体块态氧化铪基铁电晶体，其特征在于，所述re为lu、ho、tm和yb中的至少一种，re的掺杂浓度：0.03≤x≤0.2，zr的掺杂浓度：0.3≤y≤0.6。

3.根据权利要求2所述的一种体块态氧化铪基铁电晶体，其特征在于，所述re为lu，re的掺杂浓度：0.08≤x≤0.12，zr的掺杂浓度：0.35≤y≤0.5。

4.一种体块态氧化铪基铁电晶体的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种体块态氧化铪基铁电晶体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述re2o3、zro2和hfo2的纯度均为99.99％。

6.根据权利要求4所述的一种体块态氧化铪基铁电晶体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述湿混的时间为30-45min；所述预烧的设备为刚玉坩埚，温度为1000-1100℃，时间为5h。...

【专利技术属性】
技术研发人员：于浩海，张怀金，王树贤，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：