[发明专利]掺锰钛酸钡薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明涉及材料领域。

钛酸钡(BaTiO₃)是一种多功能材料，他是一种具有代表性的铁电体，并具有优良的压电、介电、光电和非线性光学性能。在存储器、光探测、光折变等方面有着广泛的应用。(如文献1：M.Sayer and K.Sreenivas，Science，247(1990)1056；和文献2：Gene H.Hearting，J.Vac.Sci.Technol.A，9(1991)414)。有人利用在BaTiO₃中掺杂的方法，提高和改变BaTiO₃的某些特性。(如文献3：中国专利，专利号：ZL 93104553.3)。文献3是制备单晶体材，且掺杂浓度仅为ppm量级。我们也申请了掺铌n型BaNb_xTi_1-xO₃和掺铟p型BaIn_xTi_1-xO₃材料专利，(文献4：中国专利，专利申请号：99108057.2，文献5：中国专利，专利申请号：99123796.x)。

本发明提供另一种具有介电、铁电、热释电、导电和光学非线性等多种性能的掺锰P型钛酸钡(BaMn_xTi_1-xO₃)块材、薄膜及制备方法。本发明采用Mn替代BaTiO₃中一部分Ti的掺杂方法，从而提供P型BaMn_xTi_1-xO₃块材和薄膜。本发明通过制备体材和用体材制备薄膜两部分工序来完成的。

BaMn_xTi_1-xO₃薄膜的特性随着掺杂Mn的浓度不同而不同，当掺杂浓度低，即x的值偏小时，薄膜的介电、铁电和热释电等特性较强；当掺杂浓度高，即x的值增大时，薄膜的导电性较强。随着掺杂浓度的不同，材料还有不同的光学非线性特性。因此可以按特性的要求选取x进行化学配比。x的取值范围为：0.005-0.5。

制备块材的化学原料应选取纯度为99.95％以上的高纯材料，可选用不同的材料进行化学配方，这些材料可以是纯金属或它们的化合物。它们在高温中氧化为氧化物或加热分解为氧化物。其中原料所有金属原子的化学配比均为：Ba∶Ti∶Mn＝1∶(1-x)∶x。其生成固相成分为BaMn_xTi_1-xO₃。

配方组合为：

        BaCO₃+MnO+TiO₂                 (1)

        BaO+Mn₃O₄+TiO₂                (2)

        BaO+MnO+TiO₂                    (3)

        BaO+MnO₂+TiO₂                   (4)

        BaCO₃+MnO₂+TiO₂                 (5)

        BaCO₃+Mn+TiO₂                   (6)

        BaCO₃+Mn₃O₄+Ti                 (7)

        BaO+Mn+Ti                        (8)八种组合。经过混合、研磨和压结成型后，都可以在空气或氧气或含有氧气的混合气体气氛中烧结反应生成BaMn_xTi_1-xO₃。

块材和薄膜的具体制备方法如下：

1、制备块材

用烧结法制备块材。

从上述8种化学配方中任选一种，按所需块材尺寸的大小，按化学比分别精确称量好所需的各种原料。有以下三种制备方法：