一种钙钛矿型缓冲层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿型缓冲层的制备方法，该方法为：1.配制前驱液；2.取部分前驱液进行稀释；3.将稀释后的前驱液旋涂于基底上，然后置于管式炉中加热，冷却得到SrTiO3形核层薄膜；4.将未稀释的前驱液旋涂于SrTiO3形核层薄膜上，然后置于管式炉中加热，冷却得到钙钛矿型SrTiO3缓冲层。本发明专利技术先采用旋涂法向基底上旋涂稀释后的前驱液制备SrTiO3形核层薄膜，再旋涂未经稀释的前驱液，简化了缓冲层的制备工艺，并可实现SrTiO3缓冲层的低成本、大规模制备。采用本发明专利技术的方法制备的钙钛矿型SrTiO3缓冲层具有良好的c轴织构和平整表面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于薄膜材料
，具体涉及。
技术介绍
第二代高温超导涂层导体在77K的优越高场性能，使它成为替代第一代实用高温超导材料的首选材料。涂层导体是由基带/阻隔层/超导层/保护层组成的多层结构。目前，国内的涂层导体研发在基础研究和制备技术方面都远远落后于世界水平，特别是在缓冲层沉积技术方面差距更大，因此，从实用化角度出发，迫切需要以低成本沉积技术为途径解决涂层导体中缓冲层制备的技术问题。缓冲层承担着传递织构和化学阻隔两大任务。目前人们多采用多层膜结构的缓冲层来实现上述两大主要功能，但是缓冲层层数越多，制备工艺越复杂，成本就越高，控制其生长、微观组织以及界面结构的难度也就越大，因此简化缓冲层结构，甚至是采用单缓冲层一直是人们努力的目标。由于SrTiO3具有较小的氧扩散系数、与Ni和TOCO之间的化学兼容性很好，而且与YBCO之间的晶格失配又很小，因此人们一致认为它是制备涂层导体单缓冲层的首选材料。目前缓冲层的制备技术多采用真空物理气相沉积(PVD)和非真空的化学溶液沉积(CSD)，前者的技术特点是容易获得高性能薄膜，但设备复杂，制备速度慢，成本较高，制备实用化的长带存在困难；而后者的特点是工艺相对简单，可以精确控制金属组元的配比， 能够在复杂形状表面均勻成膜，设备成本低，容易实现连续制备，其中CSD技术中金属有机沉积(MOD)工艺应用较多。目前利用MOD法制备SrTiO3缓冲层的前驱物中钛通常选用的是钛的醇盐，但金属醇盐在空气中易水解特性会使前驱液的配制以及存储难度加大，不利于常规条件下缓冲层的沉积，另外，由于SrTiO3与NiW基带之间存在很大的晶格失配，导致采用常规旋涂热处理工艺很难获得良好c轴取向的SrTiO3缓冲层薄膜，故选择恰当的前驱物来配制稳定性良好的前驱液，同时设计合理的涂覆、热处理工艺从而制备c轴织构的SrTiO3 缓冲层将有力促进涂层导体的制备技术进展。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种制备方法简单，采用常规原料，不需要特殊设备，生产成本低的钙钛矿型缓冲层的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)将乙酰丙酮氧钛和含有1/2个结晶水的醋酸锶按照摩尔比为1 1的比例进行称量，然后向醋酸锶中加入体积比为1 10 1的丙酸和乙酰丙酮的混合溶剂溶解制得溶液A，向乙酰丙酮氧钛中加入2-甲氧基乙醇溶解制得溶液B，再将上述溶液A和溶液B混合均勻，配制成乙酰丙酮氧钛和醋酸锶的摩尔浓度均为0. lmol/L 1. Omol/L的前驱液；(2)取部分步骤(1)中所述前驱液，向前驱液中加入体积比为1 10 1的丙酸和乙酰丙酮的混合溶剂，再加入2-甲氧基乙醇进行稀释，搅拌均勻后得到乙酰丙酮氧钛和醋酸锶的摩尔浓度均为0. 003mol/L 0. 05mol/L的前驱液；(3)将步骤(2)中稀释后的前驱液以2000转/分钟 5000转/分钟的速率旋涂于用丙酮超声清洗过的基底上，旋涂时间为IOs 60s，然后将旋涂前驱液后的基底置于管式炉中，于低氧环境中，以不低于50°C /min的升温速率将炉内温度从室温加热至850°C 1100°C后保温0. Ih lh，再以不低于2°C /min的降温速率冷却至室温，得到SrTiO3形核层薄膜；所述低氧环境为质量纯度为99. 999 %的高纯Ar，或为氧质量含量为lO.ppm l(T3ppm的Ar-H2混合气氛，或为氧质量含量为lO.ppm 10_3ppm的N2-H2混合气氛；(4)将步骤(1)中所述前驱液以2000转/分钟 5000转/分钟的速率旋涂于步骤(3)中所述SrTiO3形核层薄膜上，旋涂时间为IOs 60s，然后将旋涂前驱液后的SrTiO3 形核层薄膜置于管式炉中，于低氧环境中，以不低于50°C /min的升温速率将炉内温度从室温加热至900°C 1100°C后保温0. 5h 3h，再以不低于2°C /min的降温速率冷却至室温， 得到钙钛矿型SrTiO3缓冲层；所述低氧环境为质量纯度为99. 999 %的高纯Ar，或为氧质量含量为IO-iqPPhi l(T3ppm的Ar-H2混合气氛，或为氧质量含量为lO.ppm l(T3ppm的N2-H2 混合气氛。上述步骤(1)中所述混合溶剂中丙酸和乙酰丙酮的体积比为2 5 1。上述步骤O)中所述混合溶剂中丙酸和乙酰丙酮的体积比为2 5 1。上述步骤O)中所述混合溶剂与2-甲氧基乙醇的体积比为3 1。上述步骤(3)中所述基底为NiW基带、NdGaO3单晶基片、LaAlO3单晶基片或YSZ单晶基片，其中YSZ是指钇稳定的氧化锆。本专利技术与现有技术相比具有以下优点1、本专利技术制备方法简单，采用常规原料，不需要特殊设备，生产成本低。2、本专利技术采用常规金属盐配制前驱液，有效地提高了前驱液的稳定性，简化了前驱液的配制条件。3、本专利技术先采用旋涂法向基底上旋涂稀释后的前驱液制备SrTiO3B核层薄膜，再旋涂未经稀释的前驱液制备得到钙钛矿型SrTiO3缓冲层，简化了缓冲层的制备工艺，并可实现SrTiO3缓冲层的低成本、大规模制备。4、采用本专利技术的方法制备的钙钛矿型SrTiO3缓冲层具有良好的c轴织构和平整表面。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。 附图说明图1为本专利技术实施例1制备的钙钛矿型SrTiO3缓冲层的X衍射图谱。图2为本专利技术实施例1制备的钙钛矿型SrTiO3缓冲层的原子力显微镜显微镜 (AFM)照片。图3为本专利技术实施例2制备的钙钛矿型SrTiO3缓冲层的X衍射图谱。图4为本专利技术实施例2制备的钙钛矿型SrTiO3缓冲层的原子力显微镜显微镜 (AFM)照片。图5为本专利技术实施例3制备的钙钛矿型SrTiO3缓冲层的X衍射图谱。图6为本专利技术实施例3制备的钙钛矿型SrTiO3缓冲层的原子力显微镜显微镜 (AFM)照片。图7为本专利技术实施例11制备的钙钛矿型SrTiO3缓冲层的X衍射图谱。图8为本专利技术实施例11制备的钙钛矿型SrTiO3缓冲层的原子力显微镜显微镜 (AFM)照片。具体实施例方式实施例1(1)将乙酰丙酮氧钛TiO (CH3C0CHC0CH3) 2和含有1/2个结晶水的醋酸锶 Sr(CH3COO)2 ·1/2Η20按照摩尔比为1 1的比例进行称量，然后向醋酸锶中加入体积比为 2 1的丙酸和乙酰丙酮的混合溶剂溶解制得溶液Α，向乙酰丙酮氧钛中加入2-甲氧基乙醇溶解制得黄色透明溶液B，再将上述溶液A和溶液B混合均勻，配制成乙酰丙酮氧钛和醋酸锶的摩尔浓度均为0. 3mol/L的前驱液；(2)取部分步骤⑴中所述前驱液，向前驱液中加入体积比为2 1的丙酸和乙酰丙酮的混合溶剂，再加入2-甲氧基乙醇进行稀释，搅拌均勻后得到乙酰丙酮氧钛和醋酸锶的摩尔浓度均为0. 003mol/L的前驱液；所述丙酸和乙酰丙酮的混合溶剂与2-甲氧基乙醇的体积比为3 1 ；(3)将步骤O)中稀释后的前驱液以4000转/分钟的速率旋涂于用丙酮超声清洗过的NiW基带上，旋涂时间为30s，然后将旋涂前驱液后的NiW基带置于管式炉中，于质量纯度为99. 999%的高纯Ar气氛中，以300°C /min的升温速率将炉内温度从室温加热至 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种钙钛矿型缓冲层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（１）将乙酰丙酮氧钛和含有１／２个结晶水的醋酸锶按照摩尔比为１∶１的比例进行称量，然后向醋酸锶中加入体积比为１～１０∶１的丙酸和乙酰丙酮的混合溶剂溶解制得溶液Ａ，向乙酰丙酮氧钛中加入２－甲氧基乙醇溶解制得溶液Ｂ，再将上述溶液Ａ和溶液Ｂ混合均匀，配制成乙酰丙酮氧钛和醋酸锶的摩尔浓度均为０．１ｍｏｌ／Ｌ～１．０ｍｏｌ／Ｌ的前驱液；（２）取部分步骤（１）中所述前驱液，向前驱液中加入体积比为１～１０∶１的丙酸和乙酰丙酮的混合溶剂，再加入２－甲氧基乙醇进行稀释，搅拌均匀后得到乙酰丙酮氧钛和醋酸锶的摩尔浓度均为０．００３ｍｏｌ／Ｌ～０．０５ｍｏｌ／Ｌ的前驱液；（３）将步骤（２）中稀释后的前驱液以２０００转／分钟～５０００转／分钟的速率旋涂于用丙酮超声清洗过的基底上，旋涂时间为１０ｓ～６０ｓ，然后将旋涂前驱液后的基底置于管式炉中，于低氧环境中，以不低于５０℃／ｍｉｎ的升温速率将炉内温度从室温加热至８５０℃～１１００℃后保温０．１ｈ～１ｈ，再以不低于２℃／ｍｉｎ的降温速率冷却至室温，得到ＳｒＴｉＯ３形核层薄膜；所述低氧环境为质量纯度为９９．９９９％的高纯Ａｒ，或为氧质量含量为１０－１０ｐｐｍ～１０－３ｐｐｍ的Ａｒ－Ｈ２混合气氛，或为氧质量含量为１０－１０ｐｐｍ～１０－３ｐｐｍ的Ｎ２－Ｈ２混合气氛；（４）将步骤（１）中所述前驱液以２０００转／分钟～５０００转／分钟的速率旋涂于步骤（３）中所述ＳｒＴｉＯ３形核层薄膜上，旋涂时间为１０ｓ～６０ｓ，然后将旋涂前驱液后的ＳｒＴｉＯ３形核层薄膜置于管式炉中，于低氧环境中，以不低于５０℃／ｍｉｎ的升温速率将炉内温度从室温加热至９００℃～１１００℃后保温０．５ｈ～３ｈ，再以不低于２℃／ｍｉｎ的降温速率冷却至室温，得到钙钛矿型ＳｒＴｉＯ３缓冲层；所述低氧环境为质量纯度为９９．９９９％的高纯Ａｒ，或为氧质量含量为１０－１０ｐｐｍ～１０－３ｐｐｍ的Ａｒ－Ｈ２混合气氛，或为氧质量含量为１０－１０ｐｐｍ～１０－３ｐｐｍ的Ｎ２－Ｈ２混合气氛。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀，周廉，卢亚锋，李成山，于泽铭，金利华，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：87