【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电子器件，尤其涉及一种反铁电材料及其制备方法、薄膜电容器。
技术介绍
1、反铁电材料是一种重要的电介质材料，在高能量密度电介质电容器，脉冲功率器件，电卡制冷等领域具有很好的应用前景。其中脉冲功率电容器广泛应用于激光、运输、矿业、能源回收、医疗和军事等领域。相比于其他储能装置，电介质电容器具有充放功率密度大(可达108w/kg)，充放电速度快(～ns)、抗疲劳性能好(>106次循环)等优良特性。反铁电材料独特的电致相变特性使它在零电场下具有接近零的剩余极化、双电滞回线和大的饱和极化强度等特点。得益于独特的双电滞回线结构，早在上世纪60年代，反铁电材料就被提出适用于制备脉冲功率电容器。并且因为是固体介质的储能电容器，避免了漏液、爆炸的风险，更加安全耐用。然而受限于低的击穿场强与高的电滞损耗，反铁电材料的储能性能未被完全发掘，大多数反铁电电容器的储能密度小于100j/cm3。pbzro3作为反铁电的原型材料，在储能领域具有广泛的应用前景，但也受制于较低的击穿场强与电滞损耗。目前，人们主要通过畴结构调控，纳米晶结构，多层膜策略，引入第二相等手段对pbzro3薄膜的储能性能进行调控。这些手段能够有效提高pbzro3基薄膜的储能表现。然而目前，对于单晶反铁电pbzro3本征击穿场强的有效调控手段却仍然缺失，极大阻碍了反铁电pbzro3材料在高功率电容器中的应用。
技术实现思路
1、针对以上技术问题，本专利技术公开了一种反铁电材料及其制备方法、薄膜电容器，该反铁电材料在微观具
2、对此，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种反铁电材料，其化学式为pb1-xsrxzro3，其中0.4≤x≤0.6，所述反铁电材料在微观具有无序排列的偶极子结构。在大范围内，其偶极子的极化方向是相互补偿的，整体不表现出极性。
4、采用此技术方案，突破了传统的高密度反铁电电容器的设计思路，通过反铁电-顺电相界面工程，构建了无序反铁电材料，在微观具有偶极子无序排列特征。极大提高了反铁电材料的本征击穿场强，运用该材料制备的薄膜电容器具有超高的储能密度和效率。
5、本专利技术还公开了如上所述的反铁电材料的制备方法，包括如下步骤：
6、步骤s1，按照摩尔量比11(1-x):10x:10的比例分别称取pbo、srco3和zro2，与溶剂混合进行球磨，得到球磨浆料；
7、步骤s2，将所述球磨浆料进行真空干燥，研磨成粉，升温到800-900℃进行保温烧结，降温后进行二次球磨和烘干；
8、步骤s3，在步骤s2得到的粉末中加入聚乙烯醇pva胶水混合均匀，压片，加热排胶，然后升温到1200-1300℃进行烧结，以3-6℃/min降到400℃，最后自然降温至室温，得到反铁电材料。
9、作为本专利技术的进一步改进，步骤s1中，所述球磨的时间为6-10h。进一步地，所述球磨的时间为8h。
10、作为本专利技术的进一步改进，步骤s2中，保温烧结的温度为850℃。
11、作为本专利技术的进一步改进，步骤s2中，升温速度为3-8℃/min，保温烧结时间为4-6h。进一步地，升温速度为5℃/min，保温烧结时间为5h。
12、作为本专利技术的进一步改进，步骤s3中，升温到600-700℃进行加热排胶。进一步地，升温到650℃进行加热排胶。进一步地，以2-4℃/min的速度升温到650℃进行加热排胶。再进一步地，以3℃/min的速度升温到650℃进行加热排胶。
13、作为本专利技术的进一步改进，步骤s3中，升温到1250℃进行烧结。
14、本专利技术公开了一种反铁电薄膜，采用如下步骤制备得到：
15、步骤s10，以(001)取向的srtio3基片为基底，固定在加热托上；
16、步骤s20，将所述加热托放进脉冲激光沉积设备腔体中，抽真空至10-3pa以下，升温至680-720℃，切换钌酸锶靶材，在氧气气氛下沉积2min；随后降温至580-620℃，将氧压调至8-12pa，切换锆酸铅锶靶材，在氧气气氛下沉积20min，最后降温，并在氧气气氛下退火；其中所述锆酸铅锶靶材为如上所述的反铁电材料。
17、本专利技术公开了一种薄膜电容器，包括如上所述的反铁电薄膜和顶电极，所述顶电极沉积在所述的反铁电薄膜上。
18、作为本专利技术的进一步改进，所述顶电极为pt电极。
19、作为本专利技术的进一步改进，所述顶电极采用如下步骤制备：通过光刻进行顶电极的图形转移，使用磁控溅射在所述反铁电薄膜上镀上一层pt作为顶电极，最后去除光刻胶。
20、作为本专利技术的进一步改进，所述顶电极的厚度为40-60nm。进一步地，所述顶电极的厚度为约50nm。
21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
22、本专利技术的技术方案的反铁电材料基于反铁电-顺电相界的方法构建得到，该反铁电材料相界面附近的偶极子排列完全无序，这种混乱的偶极子排布能够有效降低反铁电pbzro3本身较大的晶格畸变，晶格畸变的减小有益于减少缺陷的产生，有效抑制薄膜漏电流的产生，进而降低漏电流产生的焦耳热；同时减小了薄膜的介电损耗，从而进一步提高薄膜的本征击穿场。采用该反铁电材料制备的薄膜电容器，具有更高的击穿场强、储能密度与效率，最大储能密度可达125j/cm3，效率为83％。
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1.一种反铁电材料，其特征在于：其化学式为Pb1-xSrxZrO3，其中0.4≤x≤0.6；所述反铁电材料具有无序排列的偶极子结构。
2.如权利要求1所述的反铁电材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的反铁电材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述球磨的时间为6-10h；步骤S2中，升温速度为3-8℃/min，保温烧结时间为4-6h；步骤S3中，升温到600-700℃进行加热排胶。
4.根据权利要求3所述的反铁电材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述球磨的时间为8h；步骤S2中，升温速度为5℃/min，保温烧结时间为5h；步骤S3中，以2-4℃/min的速度升温到650℃进行加热排胶。
5.一种反铁电薄膜，其特征在于：采用如下步骤制备得到：
6.一种薄膜电容器，其特征在于：包括如权利要求5所述的反铁电薄膜和顶电极，所述顶电极沉积在所述反铁电薄膜上。
7.根据权利要求6所述的薄膜电容器，其特征在于：所述顶电极为Pt电极，所述顶电极采用如下步骤制备：通过光刻进行顶电极的图形转
8.根据权利要求7所述的薄膜电容器，其特征在于：所述顶电极的厚度为40-60nm。
...【技术特征摘要】
1.一种反铁电材料，其特征在于：其化学式为pb1-xsrxzro3，其中0.4≤x≤0.6；所述反铁电材料具有无序排列的偶极子结构。
2.如权利要求1所述的反铁电材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的反铁电材料的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述球磨的时间为6-10h；步骤s2中，升温速度为3-8℃/min，保温烧结时间为4-6h；步骤s3中，升温到600-700℃进行加热排胶。
4.根据权利要求3所述的反铁电材料的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述球磨的时间为8h；步骤s2中，升温速度为5℃/min，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈祖煌，黎意杰，司洋洋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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