一种结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜及其制备方法技术

一种结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜及其制备方法，本发明专利技术涉及一种多铁性薄膜及其制备方法。本发明专利技术是要解决现有的BiFeO3(BFO)基薄膜漏电流较大、铁磁性能较差、与Pt底电极发生反应生成Bi2Pt等合金，从而导致其综合性能下降及现有方法无法制备结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜的问题。本发明专利技术的一种结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜由钛酸锶钡基溶胶和BFO基溶胶制备而成。制备方法：一、制备缓冲层薄膜：二、沉积BFO基薄膜，然后采用快速退火工艺获得结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜。本发明专利技术主要用于制备结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多铁性薄膜及其制备方法。
技术介绍
随着科学技术的进步，对器件小型化的要求越来越高，这就需要开发同时具有两种或两种以上功能的新材料，以研制能够同时实现多种功能的新型器件。近年来，多铁性材料由于同时具备铁电、铁磁等多种铁性，并且由于不同铁性之间的耦合作用而具有磁电效应等新的性能，在器件的集成化和小型化方面具有广阔的应用前景。目前单相多铁性材料天然存在的比较少，BFO是其中可以在室温下同时具备铁电性与铁磁性的多铁性材料。但是在BFO实际应用时出现如下问题，第一，漏电流较大；第二，室温下磁性较弱；第三，在高温热处理过程中，BFO基薄膜容易与Pt底电极发生反应生成Bi2Pt等合金，从而降低了 BFO基薄膜的综合性能；因此现有方法无法制备结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的BiFeO3(BFO)基薄膜漏电流较大、铁磁性能较差、与Pt底电极发生反应生成Bi2Pt等合金，从而导致其综合性能下降及现有方法无法制备结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜的问题，而提供。本专利技术的一种结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜由钛酸锶钡基溶胶和BFO基溶胶在经过清洗的Pt/Ti/Si02/Si (100)衬底上通过旋涂法、热分解法及快速退火工艺法制备而成。一种结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜的制备方法，具体是按以下步骤完成的一、制备缓冲层薄膜依照化学式BaxSivxAyIVyO3,按Ba元素、Sr元素、A元素与Ti元素摩尔比为X (1-x) y (1-y)的比例称取原料，将原料加入到溶剂中经过水解、脱水及聚合过程即得到浓度为O. 3mol/L的钛酸锶钡基溶胶，再将钛酸锶钡基溶胶通过旋涂和热分解法在经过清洗的Pt/Ti/Si02/Si (100)衬底上制备厚度为50nm 400nm的钛酸锶钡基薄膜，然后采用快速退火工艺在600 800°C条件下热处理Imin 15min，即得到缓冲层薄膜；二、沉积BFO基薄膜依照化学式BizBhFekCpkO3,按Bi元素、B元素、Fe元素与C元素的摩尔比为z (1-z) k (1-k)的比例称取原料，将原料加入到溶剂中经过水解、脱水及聚合过程即得到浓度为O. 3mol/L的BFO基溶胶，再将BFO基溶胶通过旋涂和热分解法在经过步骤一得到的缓冲层薄膜上沉积厚度为IOOnm IOOOnm的BFO基薄膜，然后采用快速退火工艺在500 700°C条件下热处理Imin 15min,即获得结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜；步骤一中所述的化学式BaxSivxAyTihO3中，A为Co、Fe或Mn，x为0<x≤l，y为0≤y≤O. 5 ;步骤二中所述的多铁性薄膜BizBhFekC1^tO3，其中B为La、Nd、Gd 或 Ho，CSMn、Ti、Nb*Cr，zS:0<z≤l，kS:0<k≤1。本专利技术的优点一、本专利技术制备的结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜能够防止BFO基薄膜与Pt底电极发生反应，有利于获得高结晶度的多铁性薄膜；二、本专利技术所制备的结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜未出现杂相，且有效地提高了其铁电及铁磁等多铁性能；三、本专利技术制备工艺及设备简单，成本低，易于产业化；四、本专利技术可应用于磁电存储器、传感器等领域。附图说明图I是X射线衍射谱图，图I中a表示试验一制备的BFO薄膜X射线衍射谱图，图I中的b表示试验二制备的BF0/BST0薄膜X射线衍射谱图，图I中的#为杂相特征峰，图I中的*为衬底特征峰；图2是电滞回线图，图2中a表示试验一制备的BFO薄膜电滞回线图，图2中b表 示试验二制备的BF0/BST0薄膜电滞回线图；图3是电滞回线图，图3中c表示试验三制备的BFM0/BST0薄膜电滞回线图，图3中的d表示试验四制备的BLF0/BST0薄膜电滞回线图，图3中的e表示试验五制备的BLFMO/BSTO薄膜电滞回线图；图4是试验五制备的BLFM0/BST0薄膜断面的扫描电子显微镜照片，图4中的f为BLFMO扫描电子显微镜照片，图4中的g为BSTO扫描电子显微镜照片，图4中的h为Pt/Ti扫描电子显微镜照片，图4中的i为Si02/Si扫描电子显微镜照片；图5是X射线衍射谱图，图5中f表示试验六制备的BLFMO薄膜X射线衍射谱图，图5中的j表示试验七制备的BLFM0/BSTC0薄膜X射线衍射谱图，图5中的#为杂相特征峰，图5中的*为衬底特征峰；图6是电滞回线图，图6中k表示测试电压为40V时试验七制备的BLFM0/BSTC0薄膜电滞回线图，图6中I表示测试电压为60V时试验七制备的BLFM0/BSTC0薄膜电滞回线图，图6中m表示测试电压为80V时试验七制备的BLFM0/BSTC0薄膜电滞回线图；图7是磁滞回线图，图7中的e表示试验五制备的BLFM0/BST0薄膜磁滞回线图，图7中的j表示试验七制备的BLFM0/BSTC0薄膜磁滞回线图；图8为图7磁滞回线图的局部放大图，图8中的e表示试验五制备的BLFM0/BST0薄膜磁滞回线图的局部放大图，图8中的j表示试验七制备的BLFM0/BSTC0薄膜磁滞回线图的局部放大图。具体实施例方式具体实施方式一本实施方式一种结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜由钛酸锶钡基溶胶和BFO基溶胶在经过清洗的Pt/Ti/Si02/Si (100)衬底上通过旋涂法、热分解法及快速退火工艺法制备而成。本实施方式所述的结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜能够防止BFO基薄膜与Pt底电极发生反应，有利于获得高结晶度的多铁性薄膜。本实施方式所述的结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜未出现杂相，且有效地提高了其铁电及铁磁等多铁性能。具体实施方式二 本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的钛酸锶钡基溶胶的制备方法按照如下步骤进行①水解过程将依照化学式BaxSivxAyTihO3,按Ba元素、Sr元素、A元素与Ti元素摩尔比为X (1-x) y (l_y)的比例称取的原料加入到由乙二醇甲醚、乙酰丙酮、冰乙酸及去离子水组成的混合溶剂中，室温下搅拌至充分溶解，得混合溶液待用；②脱水过程将聚乙二醇400及乙酸酐与步骤①制得的混合溶液搅拌混合，然后在20 40°C条件下持续搅拌O. 5h 2h，即得所要配制的钛酸锶钡基溶液聚合过程将步骤②制得的钛酸锶钡基溶液在室温下静置I天 4天，即得钛酸锶钡基溶胶；步骤①中所述的去离子水与乙二醇甲醚的体积比为I : (7 23)，去离子水与乙酰丙酮体积比为I : (I 5)，去离子水与冰乙酸体积比为I : (2 9);步骤②中所述的聚乙二醇400的体积为步骤①制得的混合溶液体积的5% 15% ;步骤②中所述的乙酸酐摩尔数为步骤①混合溶剂的去离子水摩尔数与步骤①制备钛酸锶钡基溶胶的原料中所含结晶水摩尔数总和的I. 05 I. I倍。其它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所述的BFO基溶胶的·制备方法按照如下步骤进行①水解过程将依照化学式BizBhFekChkO3,按Bi元素、B元素、Fe元素与C元素的摩尔比为z (1-z) k (1-k)的比例称取的原料加入到由乙二醇甲醚、乙酰丙酮、冰乙酸及去离子水组成的混合溶剂中，室温下搅拌至充分溶解，得混合溶液待用；②脱水过程将聚乙二醇本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜，其特征在于结晶完全且无杂相产生的多铁性薄膜由钛酸锶钡基溶胶和BFO基溶胶在经过清洗的Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上通过旋涂法、热分解法及快速退火工艺法制备而成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王春青，李彬，窦广彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：