【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功能薄膜材料，具体地说是一种铌酸银基无铅弛豫反铁电储能复合薄膜及其制备方法。
技术介绍
1、科技的发展对电子器件存储、吸收和提供电力的要求日渐提高。根据储能时间的长短，商业储能设备可分为长期储能设备和短期储能设备两类。通常来说，电池属于长期储能设备，电容器属于短期储能设备。电池具有高能量密度(10～300wh/kg)，但由于载流子移动缓慢，其功率密度很低(通常低于500w/kg)，因此电池主要用于长期稳定的能量供应。而电容器通常具有高功率密度(电化学超级电容器达101～106w/kg，介电电容器可达108w/kg)和低能量密度(一般低于30wh/kg)，常被用来产生脉冲电压或电流。
2、目前，商业上使用的电介质电容器主要是由介电聚合物或介电陶瓷制作的，它们的能量密度大约为10-2～10-1wh/kg(小于2j/cm3)。与传统电介质电容器相比，电化学超级电容器具有适中的能量密度，但其功率密度仍然不能满足混合动力汽车、电子枪等超高功率设备和系统的应用需求。因此，如果电介质电容器的储能密度可以提高至电化学超级电容器甚至电池的级别，其应用领域将会被极大地扩展。具有高储能密度的电介质电容器将进一步促进电子和电气系统的小型化、轻量化和集成化。同时陶瓷介质电容器兼具良好的机械性能和热性能，是脉冲功率技术最关键的储能元件。各种类型的介电材料都可以成为储能的潜在候选者，包括反铁电体、弛豫铁电体、正常铁电体和线性非极性介电材料。在这些介质中，具有双磁滞回线特征的反铁电介质由于其相对较高的最大极化和能量存储而受到关注。在过
3、近来研究表明，agnbo3基陶瓷是一类新型无铅反铁电储能材料，但其储能性能受制于较低的介电击穿强度。薄膜的气孔率及缺陷浓度远低于陶瓷块体，因而其介电击穿强度远远高于陶瓷块体。因此，薄膜化有望提高agnbo3材料的储能性能。同时，通过降低agnbo3材料中由反铁电-铁电相变引起的极化滞回，有望实现agnbo3基材料的储能密度和能量效率的协同提升。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种铌酸银基无铅弛豫反铁电储能复合薄膜及其制备方法，本专利技术通过优化复合薄膜结构很大程度上提高了铌酸银基薄膜的储能性能，可促进铌酸银基薄膜电容器在大规模高性能集成电路中的应用，具有重要生产实践意义。
2、本专利技术是这样实现的：
3、一种铌酸银基无铅弛豫反铁电储能复合薄膜，其结构具体是：在基底上生长有底电极，在底电极上生长有由铌酸银(简写为ano)和钛酸铋钠(简写为nbt)交替形成的复合薄膜，在由铌酸银和钛酸铋钠交替形成的复合薄膜上生长有上电极。
4、优选的，由铌酸银和钛酸铋钠交替形成的复合薄膜是三层结构，即形成ano/nbt/ano复合薄膜结构。ano/nbt/ano复合薄膜为单晶结构，其总厚度为300～800nm，ano和nbt单层薄膜的厚度为100～500nm。更优选的，ano和nbt单层薄膜的厚度相同，均为100nm～200nm。
5、另一种实施方案中，ano和nbt形成两层结构的复合薄膜。优选的，两层结构的复合薄膜中，ano和nbt单层薄膜的厚度均为150nm。
6、在不同的实施方案中，复合薄膜的结构层数可以调整。
7、本专利技术采用脉冲激光沉积技术使ano和nbt交替生长形成的复合薄膜外延生长在底电极上，相比于ano块材可提高介电击穿强度和储能密度，同时极大的减小了ano的使用成本以及占用空间，使其在大规模集成电路中有很广的应用潜力。
8、本专利技术还提供了一种铌酸银基无铅弛豫反铁电储能复合薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：
9、a、靶材准备以及基片清洗；
10、b、在基片上生长底电极；
11、c、采用脉冲激光沉积工艺在底电极上交替生长铌酸银薄膜和钛酸铋钠薄膜，交替生长的铌酸银薄膜和钛酸铋钠薄膜形成复合薄膜；
12、d、在复合薄膜上沉积上电极。
13、优选的，步骤a中基片为钛酸锶sto(001)基片。其他实施例中也可以选取sto其它取向的基片，其它元素掺杂、不同晶向的单晶硅、多晶硅、其它种类材料也可以作为基片。
14、优选的，步骤b中采用磁控溅射法在基片上生长钌酸锶底电极。
15、优选的，步骤c中生长铌酸银薄膜和钛酸铋钠薄膜，实现了将ano和nbt陶瓷制备成复合薄膜材料。复合薄膜的结构层数可以进行调整，优选为两层或三层结构。
16、优选的，步骤d中上电极为钌酸锶sro与金属薄膜形成的复合电极。钌酸锶还可以用钴酸锶镧lsco或镍酸镧lno等其他导电材料代替。金属可以为pt、ag、au、cu等导电金属。优选的，步骤d中sro和金属薄膜可以用磁控溅射方法制备，也可以用其它的物理或化学方法制备：如脉冲激光沉积法、金属有机化合物气相沉积。
17、优选的，步骤b中，采用磁控溅射法在基片上生长钌酸锶底电极，具体工艺参数为：腔体真空度为(1～3)×10-4pa，靶间距为4～6cm，高纯氩气动态平衡气压为1～3pa，高纯氧气动态平衡气压为0.3～1pa，溅射功率密度为1～4w/cm2，在400～700℃下制备单晶sro薄膜，其厚度可为20～100nm。
18、优选的，步骤c中，复合薄膜结构为ano/nbt/ano，具体制备过程如下：将生长完成sro薄膜底电极的样品取出，用无水乙醇冲洗掉表面可能存在的杂质，之后迅速放入脉冲激光沉积设备中。(1)ano薄膜的制备：将腔体真空度抽至(1～5)×10-4pa，ano靶间距为4～6cm，高纯氧气动态平衡气压为1～30pa，激光的功率密度为1～10w/cm2，在500～700℃生长ano薄膜，其厚度可为100～500nm，之后将温度降至室温；(2)nbt薄膜的制备：将腔体真空度抽至(1～5)×10-4pa，nbt靶间距为4～6cm，高纯氧气动态平衡气压为1～30pa，激光的功率密度为1～10w/cm2，在500～750℃生长nbt薄膜，其厚度可为100～500nm，将温度降至室温。重复过程(1)制备ano薄膜。通过重复过程(1)和(2)，可实现复合薄膜结构和单层薄膜厚度的调整。
19、优选的，步骤d中，在复合薄膜上沉积sro/pt上电极，具体工艺为：为ano/nbt/ano/sro/sto异质结加上掩模版，将腔体真本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铌酸银基无铅弛豫反铁电储能复合薄膜，其特征是，在基底上生长有底电极，在底电极上生长有由铌酸银和钛酸铋钠交替形成的复合薄膜，在由铌酸银和钛酸铋钠交替形成的复合薄膜上生长有上电极。
2.根据权利要求1所述的铌酸银基无铅弛豫反铁电储能复合薄膜，其特征是，由铌酸银和钛酸铋钠交替形成的复合薄膜是三层结构，依次是：铌酸银薄膜、钛酸铋钠薄膜和铌酸银薄膜。
3.根据权利要求2所述的铌酸银基无铅弛豫反铁电储能复合薄膜，其特征是，铌酸银薄膜和钛酸铋钠薄膜的厚度相同，均是100nm～200nm。
4.根据权利要求1所述的铌酸银基无铅弛豫反铁电储能复合薄膜，其特征是，由铌酸银和钛酸铋钠交替形成的复合薄膜是两层结构，依次是铌酸银薄膜和钛酸铋钠薄膜。
5.根据权利要求4所述的铌酸银基无铅弛豫反铁电储能复合薄膜，其特征是，铌酸银薄膜和钛酸铋钠薄膜的厚度均是150nm。
6.一种铌酸银基无铅弛豫反铁电储能复合薄膜的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的铌酸银基无铅弛豫反铁电储能复合薄膜的制备方法，其特征是，步骤
8.根据权利要求7所述的铌酸银基无铅弛豫反铁电储能复合薄膜的制备方法，其特征是，步骤b中，复合薄膜中铌酸银薄膜和钛酸铋钠薄膜的厚度相同，均是100nm～200nm。
9.根据权利要求6所述的铌酸银基无铅弛豫反铁电储能复合薄膜的制备方法，其特征是，基底为钛酸锶，底电极为钌酸锶，上电极为钌酸锶与金属形成的复合电极。
...【技术特征摘要】
1.一种铌酸银基无铅弛豫反铁电储能复合薄膜，其特征是，在基底上生长有底电极，在底电极上生长有由铌酸银和钛酸铋钠交替形成的复合薄膜，在由铌酸银和钛酸铋钠交替形成的复合薄膜上生长有上电极。
2.根据权利要求1所述的铌酸银基无铅弛豫反铁电储能复合薄膜，其特征是，由铌酸银和钛酸铋钠交替形成的复合薄膜是三层结构，依次是：铌酸银薄膜、钛酸铋钠薄膜和铌酸银薄膜。
3.根据权利要求2所述的铌酸银基无铅弛豫反铁电储能复合薄膜，其特征是，铌酸银薄膜和钛酸铋钠薄膜的厚度相同，均是100nm～200nm。
4.根据权利要求1所述的铌酸银基无铅弛豫反铁电储能复合薄膜，其特征是，由铌酸银和钛酸铋钠交替形成的复合薄膜是两层结构，依次是铌酸银薄膜和钛酸铋钠薄膜。
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